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

Átírás

1 ktatási segédanyag az DLA szakos hallgatók Analitikai Kémia I. laboratóriumi gyakorlatához Összeállította: Dr. Buglyó Péter DE TEK, Természettudományi Kar Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék 2006

2 4 Klasszikus mennyiségi elemzés SAV-BÁZIS MÉRÉSEK 0,1 mol/dm 3 HCl mérőoldat készítése és pontos koncentrációjának a meghatározása a./ ldatkészítés: Az 500 cm 3, közelítőleg 0,1 mol/dm 3 koncentrációjú HCl oldatot a számított mennyiségű 36 (m/m) %-os 1,185 g/cm 3 sűrűségű sósavoldatból hígítással készítjük. b./ A készített oldat pontos koncentrációjának meghatározása: A meghatározás reakcióegyenlete: HC 3 + H + = H 2 C 3 H 2 + C 2 Recept: Analitikai tisztaságú KHC 3 -ból analitikai mérlegen visszaméréssel 0,1 g körüli mennyiségeket mérünk be cm 3 -es titrálólombikokba. A bemért anyagot cm 3 desztillált vízben oldjuk és 1-2 csepp metilvörös indikátort alkalmazva a közelítőleg 0,1 mol/dm 3 HCl oldattal hagymavörös színig titráljuk. A lombik tartalmát ezt követően (horzsakövet használva) a C 2 eltávolítása végett 2-3 percig forraljuk. A szobahőmérsékletre lehűtött oldatot cseppenként tovább titráljuk az átmeneti hagymavörös színig. Három párhuzamos mérést végzünk. A KHC 3 molekulatömege: 100,12 g/mol Forrás: Schulek-Szabó 113.o. Szilárd minta bórax-tartalmának meghatározása acidi-alkalimetriás titrálással A bórax (Na 2 B H 2 ) 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: B H + + 5H 2 = 4H 3 B 3 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 cm 3 ) két csepp metilnarancs indikátor jelenlétében, ismert koncentrációjú HCl mérőoldattal átmeneti színig titráljuk. Beadandó a minta % (m/m) bóraxtartalma. Molekulatömeg: (Na 2 B H 2 ): 381,37 g/mol Hibahatár: 4% KMPLEXMETRIÁS GYAKRLATK 0,01 mol/dm 3 Na 2 EDTA mérőoldat készítése

3 5 A mérőoldatot analitikai tisztaságú Na 2 EDTA 2H 2 (Komplexon III) analitikai pontosságú bemérésével készítjük. A ligandummolekula (H 4 EDTA) képlete: - C CH 2 H 2 C C - H + N CH 2 CH 2 NH + HC CH 2 H 2 C CH 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 Ca 2+ lép kölcsönhatásra a komplexképzővel, így az megfelelő indikátor mellett megtitrálható. A minta ph-ját csökkentve a Mg 2+ is mérhető, ennek meghatározását a [CaEDTA] 2 formában jelenlevő kalciumionok már nem zavarják. Reakcióegyenletek: A ph-t > 12-re állítva: Ca 2+ + EDTA 4 = [CaEDTA] 2 Ugyanezen mintát ph 10-nél továbbtitrálva: Mg 2+ + EDTA 4 = [MgEDTA] 2 Recept: Az ampullában kiadott ismeretlent maradék nélkül 100 cm 3 -es mérőlombikba mossuk jelig töltjük és homogenizáljuk. 10,00 cm 3 -es részleteit desztillált vízzel cm 3 -re hígítjuk és 2 cm 3 10 %-os NaH oldattal elegyítjük. Az oldatot 0,1-0,2 g szilárd hígítású murexidet használva indikátorként, pirosból ibolya színig titráljuk. A megtitrált oldatot 3 cm 3 20 %-os sósavval átsavanyítjuk, felmelegítjük, hogy a murexid elbomlását siettessük. A lehűtött elegyhez 6 cm 3 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., 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

4 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: Al 3+ + fölös mennyiségű EDTA 4 = [Al(EDTA)] + EDTA fölösleg EDTA fölösleg + Zn 2+ = [Zn(EDTA)] 2 Recept: Az ampullában kiadott ismeretlent maradék nélkül 100 cm 3 -es mérőlombikba mossuk jelig töltjük és homogenizáljuk. 10,00 cm 3 -es részleteit sósavval ph = 2-3 értékűre állítjuk be. A reakcióelegyhez 20,00 cm 3 0,01 mol/dm 3 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 cm 3 -re kiegészítve, az EDTA fölösleget pontosan ismert, kb. 0,01 mol/dm 3 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 FELADATK Kalciumionok meghatározása CaC 2 4 H 2 alakjában Ammónium-oxalát hatására kalciumionokat tartalmazó forró oldatból jól szűrhető és mosható kalcium-oxalát-monohidrát csapadék válik le, amely vízoldhatósága kicsiny (K So = 2, ). Híg ecetsavas közegben (ph = 3) a kalcium kvantitatíven leválik, ezért az eljárás alkalmas a kalciumionnak magnéziumiontól való elválasztására is. A meghatározás egyenlete: Ca 2+ + (C) H 2 = Ca(C) 2. H 2 Recept: Az ampullában kiadott ismeretlent maradék nélkül 100 cm 3 -es mérőlombikba mossuk jelig töltjük és homogenizáljuk. A törzsoldat 10,00 cm 3 -es részletét főzőpohárban desztillált vízzel 100 cm 3 -re hígítjuk, 3 g ammónium-kloridot és 10 cm 3 1 mólos ecetsavat adunk hozzá. A forrásig melegített oldathoz osztott pipettával cseppenként 20 cm 3 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 cm 3 hideg desztillált vízzel mossuk és 3 órán át 100 o C-on szárítjuk. M CaC2 4 H2 :146,11 g/mol; A kalcium atomtömege: 40,08 g/mol

5 7 Beadandó a kiadott ismeretlen kalciumion-tartalma milligrammban. Hibahatár: 3% CSAPADÉKS 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 Ag 2 Cr 4 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 cm 3 -es mérőlombikba mossuk, feloldjuk, a mérőlombikot jelig töltjük és az oldatot homogenizáljuk. A törzsoldat 10,00 cm 3 -es részleteit 100 cm 3 -es titrálólombikba pipettázzuk, majd térfogatukat desztillált vízzel ~ 50 cm 3 -re egészítjük ki. Ezt követően a titrálás indikátorául szolgáló 5 %-os K 2 Cr cm 3 -ét adjuk a mintákhoz, majd AgN 3 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 cm 3 -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. REDXI REAKCIÓKN ALAPULÓ MEGHATÁRZÁSK Bromatometria 0,02 mol/dm 3 koncentrációjú KBr 3 mérőoldat készítése Analitikatisztaságú vegyszerből analitikai mérlegen bemérve készítjük a KBr 3 törzsoldatot. A KBr 3 molekulatömege: g/mol Forrás: Schulek-Szabó: 206. o. C-vitamin hatóanyagtartalmának meghatározása

6 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 + Br H + = 3Br H 2 H H H + Br 2 H Br H H Br H H H + 2H + + 2Br - H Recept: A homogenizált vizsgálati mintából analitikai mérlegen 1 g körüli mennyiséget bemérünk, melyet aztán maradék nélkül 100 cm 3 -es mérőlombikba mossunk át. ldódás után a lombikot desztillált vízzel jelig töltve és összerázva nyerjük a törzsoldatot. A törzsoldatból 10,00 cm 3 -es részleteket 100 cm 3 -es titrálólombikokba pipettázunk, majd minden mintához 10 cm 3 10 (m/m) %-os HCl oldatot és annyi desztillált vizet adunk, hogy térfogatuk cm 3 legyen. A reakcióelegyekben 0,2-0,2 g KBr-ot oldunk és 2 csepp p-etoxikrizoidin indikátor jelenlétében KBr 3 mérőoldattal titrálunk. A aszkorbinsav molekulatömege: 176,12. Beadandó a szilárd porkeverék hatóanyagának tartalma (m/m) %-ban. Hibahatár: 4 % Forrás: Schulek-Szabó o. Permanganometria 0,02 mol/dm 3 KMn 4 mérőoldat készítése és koncentrációjának meghatározása a./ ldatkészítés: A 0,02 mol/dm 3 KMn 4 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 Mn 4 + 5(CH) 2 + 6H + = 2 Mn C H 2 Na 2 (C) 2 törzsoldat készítése: A megfelelő tisztaságú szilárd Na 2 (C) 2 analitikai mérlegen történő bemérésével készül az 0,05 mol/dm 3 koncentrációjú oldat. Recept: A Na 2 (C) 2 törzsoldat 10,00 cm 3 -es részleteit 100 cm 3 -es titrálólombikba visszük, térfogatukat desztillált vízzel ~30 cm 3 -re növeljük majd 10 cm 3 10 (m/m)%-os H 2 S 4 oldatot

7 9 adunk az egyes mintákhoz. A reakcióelegybe 0,2-0,3 g MnS 4 -ot szórunk, majd a o C-ra melegített oldatot a KMn 4 mérőoldattal halvány rózsaszínig titráljuk. Időben elhúzódó titrálásnál a mintát a titrálás vége felé ismét felmelegítjük. A KMn 4 molekulatömege: 158,04. A Na 2 (C) 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: 5Fe 2+ + Mn 4 + 8H + = Mn Fe H 2 2Fe 3+ + SnCl 2 + 2Cl = 2Fe 2+ + SnCl 4 SnCl 2 + 2Hg Cl = SnCl 4 + Hg 2 Cl 2 Recept: A kapott mintát maradék nélkül 100 cm 3 -es mérőlombikba mossuk, azt jelig töltjük és összerázzuk. Az így nyert törzsoldat 10,00 cm 3 -es részleteit 100 cm 3 -es titrálólombikba pipettázzuk cm 3 Zimmermann-Reinhardt oldatot adunk egy-egy mintához, majd hidegen a KMn 4 mérőoldattal a halvány rózsaszín megjelenésig titrálunk. (A halvány rózsaszín legalább 30 s-ig megmarad!) A megtitrált mintához 10 cm 3 20 (m/m) %-os sósavat adunk, majd horzsakő jelenlétében forrásig hevítjük. A forró oldathoz cseppenként cc. HCl-val frissen készült 15 (m/m) %-os SnCl 2 -ot adunk, az oldat teljes elszíntelenedésig. Célszerű ezután még egy csepp SnCl 2 -ot juttatni a rendszerbe. Ezt követően lehűtjük az oldatot, majd hirtelen mozdulattal 10 cm 3 5 (m/m) %-os HgCl 2 -ot adunk hozzá. Fehér, selymes fényű Hg 2 Cl 2 válik ki (esetleg 500) cm 3 -es Erlenmeyer-lombikba 300 cm 3 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 KMn 4 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 o Jodometria 0,02 mol/dm 3 Na 2 S 2 3 mérőoldat készítése és koncentrációjának meghatározása a./ ldatkészítés: A megfelelő tisztaságú szilárd anyagot táramérlegen bemérve készítjük a mérőoldatot. Molekulatömeg: Na 2 S 2 3 5H 2 : 248,19 g/mol

8 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: I I + 6H + = 3I 2 + 3H 2 2S I 2 = S I Recept: Ismert koncentrációjú KI 3 törzsoldat 10,00 cm 3 -es részleteit csiszolatos üvegdugós Erlenmeyer lombikokba pipettázzuk. A mintákhoz ~20-20 cm 3 desztillált vizet, 1-2 cm 3 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 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: 2Cu I = 2CuI + I 2 2S I 2 = S I Recept: Az ampullában kiadott ismeretlen oldatot maradéktalanul 100 cm 3 -es mérőlombikba mossuk, jelig töltjük és homogenizáljuk. A törzsoldat 10,00 cm 3 -es részleteit csiszolatos üvegdugós Erlenmeyer-lombikokba pipettázzuk. A minták térfogatát desztillált vízzel kb. 50 cm 3 -re egészítjük ki, majd 3-3 cm 3 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.

9 11 GYAKRLÓ FELADATK A KLASSZIKUS ANALITIKA TÉMAKÖRÉBŐL I. Sav-bázis titrálások 1. Tömény savból hígítással készített, közelítőleg 0,1 mol/dm 3 koncentrációjú HCl oldat pontos koncentrációját kívánjuk meghatározni. Hány gramm KHC 3 -ból kell 100,00 ml törzsoldatot készíteni, ha utóbbi ml-es részleteit titrálva, 10 ml körüli HCl oldat fogyást tervezünk. A végbemenő folyamat: KHC 3 + HCl = KCl + H 2 + C 2, tehát 1 mól KHC 3 1 mól sósavval reagál 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 KHC 3 -nak a titrált mintában. Ha tehát a 10 ml KHC 3 mintában 0,001 mol a hatóanyag, akkor az eredeti 100 ml tözsoldatban 10 0,001 mol = 0,01 mól KHC 3 kell hogy legyen. A KHC 3 móltömege M KHC3 = 100,1 g/mol A szükséges mennyiség tehát: 100,1g/mol 0,01 mol = 1,001 g KHC 3 2. Hány %(m/m) Na 2 C 3 -ot tartalmaz az a NaCl-Na 2 C 3 keverék, amelynek 1,5861 g-nyi mennyiségéből 100,00 ml törzsoldatot készítve és ml-es részleteit HCl oldattal (c = 0,2023 mol/dm 3 ) 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 Na 2 C 3 -tal lép reakcióba: Na 2 C HCl = 2 NaCl + H 2 + C 2, 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, mól HCl-at tartalmaz. Ez feleannyi Na 2 C 3 -tal reagál: 1, /2 = 8, mol Na 2 C 3 (az egyenlet alapján). Teháta Na 2 C 3 anyagmennyisége a törzsoldatban: 8, = 8, mol. M Na2 C 3 = 106,0 g/mol A Na 2 C 3 tömege: 8, = 0,8695 g, ez van 1,5861 g keverékben. Tehát a keverék 0,8695/1, = 54,82 %(m/m) Na 2 C 3 -ot tartalmazott. 3. Mennyi annak az ecetsav-acetát puffernek a ph-ja, amelyben az ecetsav koncentrációja 0,20 mol/dm 3, a nátrium-acetát koncentrációja 0,35 mol/dm 3 és az ecetsav savi disszociációs állandója K s = 1, Egy puffer ph-jának számítására a [H + ] = K s c sav /c só kifejezés használható, ahol K s a sav disszociációs állandója, c sav illetve c só a sav illetve a só egyensúlyi koncentrációi. [H + ] = K s c sav /c só = 1, ,20 / 0,35 = 1, mol/dm 3, tehát a ph = -lg[h + ] = 4, ml 0,15 mol/dm 3 koncentrációjú ammónia oldathoz a következő mennyiségű 0,15 mol/dm 3 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 K b = 1, ? A rejátszódó közömbösítési reakció: NH 3 + HCl = NH 4 Cl, a mólarány 1:1 lesz. 100 ml oldatban 100/1000 0,15 = 0,015 mol NH 3 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 NH 3 teljes mennyiségének a közömbösítésére, így puffer képződik, mert egy gyenge bázis (NH 3 ) és a gyenge bázis erős savval képzett sója (NH 4 Cl) van egyidejűleg jelen az oldatban, összemérhető mennyiségben. A visszamaradó NH 3 mennyisége: 0,015-0,0105 = 0,0045 mol, a képződő NH 4 Cl-é pedig 0,0105 mol. A lúgos puffer ph-jának számítására az [H - ] = K b c bázis /c só kifejezés használható, ahol K b a bázis disszociációs állandója, c bázis illetve c só a bázis illetve a só egyensúlyi koncentrációi. [H - ] = K b c bázis /c só = 1, ,0045/0,0105 = 7, mol/dm 3, így a ph = -lg[h ] = 5,125, tehát a ph = 14-pH = 8.875

10 12 b./ eset: a HCl pontosan közömbösíti az ammóniát, NH 4 Cl oldat képződik. (nem puffer!) c./ eset: 0, ,015 = 0,00375 mol HCl lesz feleslegben a képződő NH 4 Cl mellett (nem puffer!). 5. Egy egyértékű gyenge sav savi disszociációs állandója K s = 2, Mennyi a ph a 0,17 mol/dm 3 koncentrációjú oldatában? HA + H 2 H A - A tömeghatás törvénye alapján: K s = [H 3 + ] [A - ]/[HA] Mivel ugyanannyi H 3 + képződik mint amennyi A -, így [A - ] = [H 3 + ]. A sav nagyon kismértékű disszociációja miatt, [HA] jó közelítéssel a bemérési koncentrációval egyenlő, így behelyettesítve: K s = 2, = [H 3 + ] 2 / 0,17, ahonnan [H 3 + ] = 7, mol/dm 3, tehát a ph = 3, 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/dm 3 koncentrációjú nátrium-acetát oldat ph-ja (K s = 1, )? a./ a Na + -ion nem reagál a vízzel, de a foszfátion bázisként igen: P H 2 HP H HP H 2 H 2 P 4 + H Mivel a fenti reakciókban H képződik, az oldat lúgos kémhatású lesz. b./ a Cl - -ion nem reagál a vízzel, de az ammóniumion savként igen: NH H 2 NH 3 + H 3 + ; az oxóniumionok képződése miatt az oldat savas lesz. c./ a Na + -ion nem reagál a vízzel, de az acetátion bázisként igen: CH 3 C + H 2 CH 3 CH + H, az oldat lúgos lesz. A tömeghatás törvénye alapján: K b = [CH 3 CH] [H ]/[CH 3 C ] Mivel ugyanannyi H képződik mint amennyi CH 3 CH, így [CH 3 CH] = [H ]. A [CH 3 C ] jó közelítéssel a bemérési koncentrációval egyenlő, és mivel K b K s = így /1, = [H ] 2 / 0,1, ahonnan [H ] = 7, mol/dm 3, tehát a ph = 8,865 d./ egyik ion sem lép reakcióba a vízzel, igy az oldat semleges lesz. 7. Hg-KCl porkeverékből 0,2141g-ot mértünk egy titrálólombikba, hozzáadtunk 2,0 g KI-ot (feleslegben) és vízben feloldottuk. A mintát 0,1106 mol/dm 3 koncentrációjú HCl-dal titrálva a fogyás 9,75 ml. Hány %(m/m) Hg-ot tartalmazott a keverék? A KCl nem vesz részt a reakcióban. 1 mol higany(ii)-oxid (Hg) viszont 4 mol jodidionnal reagál az alábbiak szerint, amikoris 2 mol H képződik. Ez mérhető a sósavval. Hg + 4I + H 2 = [HgI 4 ] 2 + 2H H + + H = H 2 tehát 1 mól H + 0,5 mol Hg-dal egyenértékű. A fogyás alapján a sósav anyagmennyisége 9,75/ ,1106 = 1, mol, ez megfelel 1, /2 = 5, mol Hg-nak. M Hg = 216,6 g/mol így m Hg = 216,6 5, = 0,1168 g A minta tehát 0,1168/0, = 54,55 %(m/m) higany(ii)-oxidot tartalmazott. 8. NaH-ot és Na 2 C 3 -ot tartalmazó ismeretlen oldat 10 ml-éből 100,00 ml törzsoldatot készítünk. Ennek ml-es részleteit fenolftalein mellett HCl mérőoldattal titrálva (c = 0,1081 mol/dm 3 ) az átlagfogyás 8,71 ml. Metilvörös mellett a mintát továbbtitrálva a második fogyás 3,70 ml. Hány mg NaH-ot és Na 2 C 3 -ot tartalmazott az ismeretlen? A fenolftalein indikátor átcsapásáig végbemenő folyamatok: Na 2 C 3 + HCl = NaHC 3 + NaCl NaH + HCl = NaCl + H 2

11 13 A metilvörös indikátor átcsapásáig lejátszódó folyamat: NaHC 3 + HCl = H 2 + C 2 + NaCl A második titrálás során fogyott HCl 3,70/1000 0,1081= 0,0004 mol, ami 0,0004 mol NaHC 3 -tal egyenértékű, tehát a 10 ml-es mintában 0,0004 mol Na 2 C 3 volt. Az első titrálásból n HCl = 8,71/1000 0,1081= 9, mol, ez fogy a Na 2 C 3 -ra és a NaH-ra együttesen. Mivel a nátrium-karbonát anyagmennyisége 0,0004 mol, így n NaH = 5, mol. Az eredeti oldatban tehát 0,0004 mol Na 2 C 3 és 5, mol NaH volt. M Na2 C 3 = 106 g/mol és M NaH = 40 g/mol Így m Na2 C 3 = 424,0 mg és m NaH = 376,6 mg 9. A novokain (C 12 H 21 2 N 2 Cl) a prokain nevű bázis hidroklorid sója. Mennyi a ph a novokain 2% (m/m) koncentrációjú oldatában, ha a prokain bázis állandója K b = 7, és az oldat sűrűsége 1,00 g/ml? 1000 ml oldatban van 20 g novokain M novokain = 260,5 g/mol c novokain = 0,0768 mol/dm 3 a novokain savi állandója: K s = K v /K b = 1, K s = [H + ] 2 /0,0768, innen [H + ] = 1, tehát a ph = 4, Egy ablaktisztítószer 2 g/l koncentrációban ammóniát is tartalmaz. Mennyi a szer ph-ja ha K b = 1, ? NH 3 + H 2 NH H - K b = [H - ] 2 /[NH 3 ] M NH3 = 17 g/mol, innen c = 0,1176 mol/dm 3 [H - ] = 1, mol/dm 3 ph = 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 MA 4 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 MA 2 MA 2 + A º MA 3 MA 3 + A º MA 4 K MA2 =[MA 2 ]/[MA] [A] K MA3 =[MA 3 ]/[MA 2 ] [A] K MA4 =[MA 4 ]/[MA 3 ] [A] Stabilitási szorzatok: β =K =[MA]/[M][A] MA MA β =K K =[MA MA2 MA 2 ]/[M][A] 2 MA2 β MA3 =K MA K MA2 K MA3 =[MA 3 ]/[M][A] 3 β MA4 =K MA K MA2 K MA3 K MA4 =[MA 4 ]/[M][A] 4 2. Egy minta kalcium(ii)- és magnézium(ii)-tartalmát komplexometriás módszerrel határozzuk meg. A kiadott mintából 100 cm 3 oldatot készítünk. Ebből 10 cm 3 -es részleteket titrálunk 0,010 mol/dm 3 koncentrációjú EDTA-oldattal. Az átlagos fogyás murexid indikátor mellett 9,02 cm 3, eriokromfekete-t indikátor mellett 8,40 cm 3 volt. Mennyi az eredeti minta kalcium(ii)- és magnézium(ii)-tartalma mg-ban kifejezve? Atomtömegek: Ca: 40,08; Mg: 24,32

12 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 Ca 2+ lép kölcsönhatásra a komplexképzővel, így az megfelelő indikátor mellett megtitrálható. A minta ph-ját csökkentve a Mg 2+ is mérhető, ennek meghatározását a [CaEDTA] 2 formában jelenlevő kalciumionok már nem zavarják. A murexid indikátor melletti fogyásból tehát a minta Ca 2+ -tartalma számítható ki: A fogyott edta: (9,02 0,01)/1000=9, mol. 1 mol edta 1 mol Ca 2+ -ot mér, tehát a minta 10 cm 3 - ében 9, mol Ca 2+, az eredeti ismeretlenben pedig (100 cm 3 ) 9, mol, azaz 9, ,08 = 0,03615 g = 36,15 mg Ca 2+ volt. Az eriokromfekete-t indikátor melletti fogyásból a minta Mg 2+ -tartalma számítható ki: A fogyott edta: (8,40 0,01)/1000=8, mol. 1 mol edta 1 mol Mg 2+ -ot mér, tehát a minta 10 cm 3 - ében 8, mol Mg 2+, az eredeti ismeretlenben pedig (100 cm 3 ) 8, mol, azaz 9, ,32 = g = 20,43 mg Mg 2+ volt. 3. Egy minta alumínium(iii)-tartalmát komplexometriás módszerrel határozzuk meg. A kiadott mintából 100 cm 3 oldatot készítünk. A törzsoldat 10 cm 3 -es részleteihez cm 3 0,01 mol/dm 3 koncentrációjú EDTAmérőoldatot adunk. A komplex kialakulása után az EDTA-mérőoldat feleslegét 0,01 mol/dm 3 koncentrációjú cink(ii)-mérőoldattal visszatitráljuk metiltimolkék indikátor mellett. A fogyások átlaga 12,73 cm 3. 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, mol. 1 mol EDTA 1 mol Zn 2+ -vel reagál, tehát az EDTAfelesleg (ami nem az alumíniummal(iii)-mal reagált): 1, mol. Az eredeti, hozzáadott 20 cm 3 EDTA mérőoldat (20,00 0,01)/1000 = mol EDTA-t tartalmazott, ebből tehát ( , )= 7, mol fogyott az Al(III)-ra. 1 mol EDTA 1 mol Al 3+ -at mér, tehát a minta 10 cm 3 -ében 7, mol Al 3+, az eredeti ismeretlenben pedig (100 cm 3 ) 7, mol, azaz 7, ,98= 0,01961 g = 19,61 mg Al(III) volt. 4. Mennyi a Co 2+ -ionok koncentrációja a (CoEDTA) 2- - komplex a, 0,05 mol/dm 3 koncentrációjú oldatában? b, 0,005 mol/dm 3 koncentrációjú oldatában? lgβ CoEDTA =16,31 a, β= [(CoEDTA) 2- ]/[Co 2+ ][EDTA], ahol [Co 2+ ] = [EDTA] A komplex csak kismértékben disszociál, ezért: [(Co EDTA) 2- ]= c(coedta 2 ) [ EDTA] ~ c(coedta 2 ) Ezt behelyettesítve: [Co 2+ ] 2 = [(Co EDTA) 2- ]/β= 0,05/10 16,31 A fémion koncentrációja: [Co 2+ ]= 1, mol/dm 3. b, [Co 2+ ] 2 = [(Co EDTA) 2- ]/β= 0,005/10 16,31 A fémion koncentrációja: [Co 2+ ]= 4, mol/dm Válik-e le csapadék egy olyan oldatból, amely Ba 2+ -ra, S ra és EDTA -ra nézve egyaránt 0,05 mol/dm 3 koncentrációjú? lgβ (Ba EDTA) 2 = 7,76 ; L(BaS 4 ) = 1, 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 ]/[Ba 2+ ][EDTA], ahol [Ba 2+ ] = [EDTA] [Ba 2+ ] 2 = [(Ba EDTA) 2- ]/β= 0,05/10 7,76 [Ba 2+ ]= 2, mol/dm 3. [Ba 2+ ] [S 4 2- ] = 2, ,05 = 1,

13 15 Mivel 1, > L BaS4 (1, ), a BaS 4 -csapadék leválik. 6. Egy minta réz(ii)- és cink(ii)-tartalmát komplexometriás módszerrel határozzuk meg. A kiadott mintából 100 cm 3 oldatot készítünk. Ebből először 5 cm 3 -es részleteket titrálunk 0,010 mol/dm 3 koncentrációjú EDTA-oldattal. Az átlagos fogyás murexid indikátor mellett 20,70 cm 3. Ezután az réz(ii)-t CuSCN alakjában leválasztjuk, majd az oldat 5 cm 3 -ét metiltimolkék indikátor mellett 0,010 mol/dm 3 koncentrációjú EDTA -oldattal titráljuk. Az átlagos fogyás 9,68 cm 3. Mennyi az eredeti minta réz(ii)- és cink(ii)-tartalma mg-ban kifejezve? Atomtömegek: Cu: 63,54 ; Zn: 65,38 A Cu 2+ és Zn 2+ 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, mol. A fogyott EDTA (metiltimolkék mellett): (9,68 0,01)/1000=9, mol. 1 mol EDTA 1 mol Zn 2+ -et mér, tehát a 2. minta 5 cm 3 -ében 9, mol Zn 2+, az eredeti ismeretlenben pedig (100 cm 3 ) 1, mol, azaz 1, ,38 = 0,1268 g = 126,8 mg volt. A két fogyás különbsége a Cu(II) mennyiségét adja meg. 20,70 cm 3-9,68cm 3 = 11,02 cm 3. A fogyott EDTA: (11, )/1000=1, mol 1 mol EDTA 1 mol Cu 2+ -t mér, tehát a minta 5 cm 3 -ében 1, mol Cu 2+, az eredeti ismeretlenben pedig (100 cm 3 ) 2, mol, azaz 2, ,54 = 0,1398 g = 139,8 mg volt. 7. 0,1 mol/dm 3 koncentrációjú EDTA -oldattal titráljuk Ca 2+ -ionok 0,1 mol/dm 3 koncentrációjú oldatát. Számítsuk ki a pca ( lg [Ca 2+ ]) 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: 0,05 mol/dm3 [Ca 2+ ] = = 0,0333 mol/dm 3 1,5 pca = lg [Ca 2+ ] = 1,48 b, 100 %-os titráltság esetén: A hígulás kétszeres, így egy 0,05 mol/dm 3 koncentrációjú [(CaEDTA) 2 ]-oldatban kell kiszámítani az egyensúlyi Ca 2+ koncentrációt ([Ca 2+ ]) (lásd: 4. feladat). 2 [(Caedta) ] β = 2+ 2 [Ca ] [Ca 2+ ] = pca = 6,00 0, ,70 = 9, mol/dm 3 c, 150 %-os titráltság esetén: c Ca 2+ = [Ca 2+ ] + [(CaEDTA) 2 ] A kismértékû disszociáció miatt a [Ca 2+ ] a [(CaEDTA) 2 ] mellett elhanyagolható. Figyelembe véve a 2,5-szörös hígulást, [(CaEDTA) 2 ] = c Ca 2+ = 0,04 mol/dm 3 Az EDTA fölösleg szintén 0,04 mol/dm 3, ami mellett a komplex disszociációjából származó EDTA mennyisége szintén elhanyagolható. Így: [EDTA] = 0,04 mol/dm 3

14 16 [Ca 2+ ] = [(Caedta) 2 ] β[edta] pca = 10,70 = 0, ,700,04 = 2, mol/dm 3 8. Egy MA összetételû komplex 0,1 mol/dm 3 koncentrációjú oldatában a szabad fémion koncentráció 1, mol/dm 3. Mennyi a komplex stabilitási állandója? [MA] β=, ahol [M 2+ ] = [A] [M2 + ][A] Mivel a komplex kismértékben disszociál: [MA] = c MA [A] c MA Ezt behelyetesítve: [MA] 0,1 β = = = 3, [M 2 + ] (1,78 10 ) 9. Egy MA-komplex stabilitási állandója 10 7,30 (= ). Mennyi 0,05 mol/dm 3 koncentrációjú ligandumoldatot (A) kell adni a fémion 0,02 mol/dm 3 oldatának 25 cm 3 -éhez, hogy a fém 50%-ban komplexeben legyen kötve? [MA] β = [M][A] M (fémion) 0,02 mol/dm 3 25 cm mol A (ligandum) 0,05 mol/dm 3 X cm X mol V teljes = (25+X) cm 3 2, , (5 10 X 2, ) 25 + X = x = 5,03 cm 3 III. ldékonyság, oldhatósági szorzat, csapadékos titrálások, tömeg szerinti analízis 1. A 18 C-on telített SrF 2 oldat literenként 0,0335 g fluoridiont tartalmaz. Mennyi az SrF 2 oldhatósági szorzata? (A F =19,00) 0,0335 g F megfelel 1, mol F -nak Mivel L = [Sr 2+ ] [F ] 2 S = [SrF 2 ] = [Sr 2+ ] = 2 1 [F ] L = 2 1 [F ] 3 = 2, Mekkora az AgCl mg/dm 3 -ben kifejezett oldhatósága vízben 25 C-on, ha L AgCl =1, ? (M AgCl = 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, mol/dm 3, tehát 1, mol/dm 3 az AgCl oldhatósága. 1, mol AgCl tömege 1, g = 1,94 mg, így az AgCl mg/dm 3 -ben kifejezett oldhatósága: 1,94 mg/dm 3.

15 17 3. Mennyi az ólom(ii)-foszfát oldhatósága 25 C-on? ( L = 1, ) Pb 3 (P 4 ) 2 L = [Pb 2+ ] 3 [P 4 3 ] 2 S = [Pb 3 (P 4 ) 2 ] = 3 1 [Pb 2+ ] = 2 1 [P4 3 ] így L = (3S) 3 (2S) 2 = 108 S 5 = 1, ebből S = 5 L = 1, mol/dm 3 az ólom(ii)-foszfát oldhatósága: 1, mol/dm 3 4. Hány mg BaS 4 oldódik fel 1000,00 cm 3 0,001 mol/dm 3 koncentrációjú K 2 S 4 oldatban? ( L = 1, , M BaS 4 = 233,4 g/mol) BaS 4 L = [Ba 2+ ] [S 4 2 ] = 1, A BaS 4 oldhatóságából származó [S 4 2 ] elhanyagolható a K 2 S 4 oldatban levő [S 4 2 ] mellett, így [S 4 2 ] = 0,001 mol/dm 3, emiatt [Ba 2+ ] = L/[S 4 2 ] = 1, /0,001 = 10 7 mol/dm 3. Ugyanennyi a [BaS 4 ] is, azaz 10 7 mol, ami 2, g = 2, mg. Tehát 2, mg BaS 4 oldódik. 5. Mennyi ólom(ii)iont adhatunk 0,002 mol/dm 3 koncentrációjú K 2 Cr 4 oldathoz anélkül, hogy csapadékkiválás indulna meg? ( L =2, ) PbCr 4 [Cr 4 2 ] = 0,002 mol/dm 3 és L = [Pb 2+ ] [Cr 4 2 ] így, [Pb 2+ ] = L/[Cr 4 2 ] = 2, /0,002 = 1, mol/dm 3, vagyis az Pb 2+ koncentrációja kisebb kell, hogy legyen, mint 1, mol/dm Egy minta kalcium tartalmát gravimetriásan CaC 2 4 H 2 formájában határozták meg. A mintából 100,00 cm 3 oldatot készítettünk és 10,00 cm 3 -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 =146,11; A Ca =40,08) CaC 2 4 H 2 a csapadékok átlagos tömege: 0,1022 g Reakcióegyenlet: Ca 2+ + C H 2 = CaC 2 4 H 2 0,1022g csapadék 6, mol, és az egyenlet alapján ez azt jelenti, hogy 10 cm 3 mintában 6, mol Ca 2+ volt, ami 0,0280 g. De a teljes ismeretlen 100 cm 3 törzsoldatban volt, így 0,280 g, azaz 280 mg Ca 2+ volt az eredeti ismeretlenben. 7. Egy hallgató azt a feladatot kapta, hogy egy ismeretlen kobalttartalmát határozza meg. A hallgató a kapott ismeretlenből 100,00 cm 3 törzsoldatot készített, majd ennek 10,00 cm 3 -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(C 9 H 6 N) 2 tömege:347,20, A Co =58,93) oxinát: N A csapadékok tömegei: I. 25, ,2655 = 0,1165 g II. 0,1170 g III. 0,1172 g átlaguk: 0,1169 g, ami 3, mol.

16 18 A reakcióegyenlet: Co C 9 H 7 N = Co(C 9 H 6 N) 2 + 2H + Az egyenlet szerint ugyanennyi, vagyis 3, mol, (ami 0,01984 g) Co 2+ van 10,00 cm 3 -ben. De a teljes ismeretlen 100,00 cm 3 -ben volt, így abban 0,1984g = 198,4 mg Co 2+ van. 8. KCl KBr porkeverék összetételét Mohr szerint, indirekt módszerrel határoztuk meg. Az elporított ismeretlen 0,4500 g-jából 100 cm 3 törzsoldatot készítettünk. Ebből a törzsoldatból 10,00 cm 3 -es mintákat 0,05 mol/dm 3 koncentrációjú AgN 3 mérőoldattal titráltunk. Az átlagos fogyás 9,80 cm 3 volt. Milyen a minta tömegszázalékos összetétele? (M KCl =74,56 g/mol, M KBr =119,01 g/mol) KCl + AgN 3 = AgCl + KN 3 KBr + AgN 3 = AgBr + KN 3 10,00 cm 3 -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, mol AgN 3, ennyi a KCl és KBr összmólszáma, így az egyenletek alapján: x/74,56 + (0,045 x)/119,01 = 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 ,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 cm 3 törzsoldatot készítettek és ennek 10,00 cm 3 -éből 10,00 cm 3 0,05 mol/dm 3 koncentrációjú AgN 3 oldat hozzáadásával a szacharint csapadékként leválasztották. A reakció: C C NNa + Ag + NAg(s) + Na + S 2 S 2 A feleslegben levő AgN 3 oldatra 2,15 cm 3 0,0725 mol/dm 3 koncentrációjú KSCN oldat fogyott. Hány tömegszázalék szacharint tartalmaz egy tabletta? (M szacharin =205,17) hozzáadott AgN 3 : 0,5 mmol AgN 3 + KSCN = AgSCN + KN 3 egyenlet alapján feleslegben maradt: 2,15 0,0725 = 0,1559 mmol AgN 3 a szacharinra fogyott: 0,5 0,1559 = 0,3441 mmol AgN 3 oldat. A reakcióegyenlet alapján ugyanennyi szacharin van a tablettában, vagyis 0,3441 mmol, ami 70,60 mg = 0,0706 g. Ez 10,00 cm 3 -ben van, tehát 100,00 cm 3 -ben 0,7060 g szacharin van. Mivel 0,9856 g 100%, így 0,7060 g 71,64 %. 10. Mg 2+ -ionokat tartalmazó oldat 20,00 cm 3 -éből NH 4 Cl és NaH 2 P 4 oldatok hozzáadásának hatására MgNH 4 P 4 6 H 2 csapadékot választottunk le, amit szűrés, mosás és izzítás után Mg 2 P 2 7 (M=222,56) formában mértünk. Mennyi az eredeti mintában a Mg 2+ -ion koncentrációja, ha a leválasztott csapadék tömege 642,8 mg? Reakcióegyenletek: Mg 2+ + NH H 2 P H 2 = MgNH 4 P 4 6 H 2 + 2H + 2 MgNH 4 P 4 6 H 2 = Mg 2 P NH 3 +7 H 2 A 642,8 mg = 0,6428 g Mg 2 P 2 7 csapadék 2, mol. Az egyenletek alapján 1 mol Mg 2 P 2 7 csapadék 2 mol MgNH 4 P 4 6 H 2 csapadékból képződik, így 2 2, mol = 5, mol MgNH 4 P 4 6 H 2 vált le, és ugyanennyi mol Mg 2+ van a 20,00 cm 3 oldatban. 1000,00 cm 3 -ben tehát , /20 = 0,2888 mol a Mg 2+ -ion koncentrációja 0,2888 mol/dm 3. IV. Redoxi titrálások

17 19 1. Hány mól/dm 3 koncentrációjú az a KMn 4 oldat, melyből 28,60 cm 3 szükséges 0,194 g Na 2 C 2 4 savas közegben történő titrálásához? 2 Mn C H + 2Mn H 2 M = 133,98 Na2C24 n Na 2C24 = 0, ,98 = A reakcióegyenlet szerint 1, mol Na 2 C 2 4 titrálásához 1, /5 mol KMn 4 szükséges: mol. Ez a mennyiség található 28,60 cm 3 mérőoldat-térfogatban, innen a koncentráció: 28,60 x = 5, mmol x = 0,02024 mol/dm ,00 cm 3 háztartási hypo-t 250,00 cm 3 -re hígítunk. Ha ennek 50,00 cm 3 -es részletéhez feleslegben jodidot adunk, a kivált jód titrálásához 46,10 cm 3 0,0813 mol/dm 3 koncentrációjú Na 2 S 2 3 mérőoldat kell. Mennyi a hypo NaCl-tartalma g/cm 3 egységben kifejezve? Cl + 2I + 2H + Cl + I 2 + H 2 2Na 2 S I 2 = Na 2 S NaI (2S I 2 = S I ) Na 2 S 2 3 fogyás: 46,10 0,0813 = 3,748 mmol Ennek a mennyiségnek a fele = 1,874 mmol I 2 vált ki az 50 cm 3 -nyi minta-oldatból. Ez megegyező a Cl anyagmennyiséggel. A koncentráció: 0,0375 mol/dm 3 A hígítást figyelembe véve, az eredeti oldatban tízszeres a hypo koncentrációja, azaz 0,375 mol/dm 3 M NaCl = 22, , = 74,44 A hypo tartalom tehát: 27,90 g/dm ,20 g H 2 2 -oldatot 500,00 cm 3 -re töltünk fel. 50,00 cm 3 -es részletét 0,013 mol/dm 3 koncentrációjú KMn 4 -oldattal savas közegben titráljuk. A fogyás 30,80 cm 3. Hány %(m/m)-os a minta H 2 2 -re? 2Mn H H + = 2Mn H 2 A fogyott KMn 4 mennyisége: 0, ,80 = 0,4004 mmol 5 A reakcióegyenlet alapján a titrált minta H 2 2 tartalma : 0,4004 mmol = 1,001 mmol így, 500 cm 3 2 oldatban : 10,01 mmol, ami 340,34 mg 1,2 100% = 0,34034 g x x= 28,36 % (m/m) 4. Hány cm 3 0,023 mol/dm 3 koncentrációjú KMn 4 -oldatot szükséges 2,10 g 75,0% (m/m)-os tisztaságú Mohr-só vastartalmának a megtitrálásához? Mohr-só: Fe(NH 4 ) 2 (S 4 ) 2 6 H 2 M = 55, = 391,85 g/mol Mohr-só hatóanyag tartalma: 2,1 0,75 = 1,575 g 4, mol Mn Fe H + = Mn Fe H 2 3 4, A reakcióegyenlet szerint mol Mn - 4 szükséges a vas(ii) oxidálásához, vagyis 8, mol. Ezen anyagmennyiséget tartalmazó KMn 4 mérőoldat térfogat: v 0,023 = 8, mmol v = cm 3 5. Egy S törzsoldat koncentrációjának meghatározásához 1,05 g 98,7 %-os tisztaságú KI 3 -ot mértünk be és hígítottuk 500,00 cm 3 -re. A törzsoldat 50,00 cm 3 -es részletét megsavanyítottuk és feleslegben KI-ot adtunk hozzá. A tioszulfát mérőoldat fogyása 28,31 cm 3 volt. Számoljuk ki a tioszulfát koncentrációját!

18 20 I I - + 6H + = 3I 2 +3 H 2 2 S I 2 = S I KI 3 : M = 39, , = 214,0 g/mol KI 3 hatóanyag-tartalom: 1,05 0,987= 1,0364 g ami 4, mol Ennek a mennyiségnek 1/10-e van egy-egy megtitrált mintában: 4, mol = 4, mmol A reakcióegyenletek alapján 1 mol I 3-3 mol I mol S , mmol I 3-2,906 mmol S ,31 c = 2,906 c = 0,1026 mol/dm 3 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, KMn 4 oldattal titráljuk a mintát. A 0,01 mol/dm koncentrációjú mérőoldatból a mért fogyás 5,57 cm 3. Hány %(m/m) a minta a kálium-nitrit tartalma? A KN 3 nem reagál a mérőoldattal, a nitrit pedig az alábbiak szerint: 2 Mn N H + = 2Mn 2+ +5N H 2 KMn 4 fogyás 5,57 0,01 = 0,0557 mmol A reakcióegyenlet alapján ez mér 5/2 0,00557 mmol nitritet, ami 0,1393 mmol KN 2 : M = 39, = 85,1 g/mol KN 2 : 0, ,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 Fe 3+ /Fe 2+ rendszer redoxi potenciálja, ha az oldat Fe 3+ koncentrációja 0,08 mol/dm 3, Fe 2+ koncentrációja 0,02 mol/dm 3, a standard potenciál értéke: +0,771V? ε = ε o + 0,059/1 lg[fe 3+ ]/[Fe 2+ ] ε = 0, ,059 lg(0,08/0,02) = 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 cm 3 térfogatú részletét megsavanyítjuk és KBr-ot adunk hozzá feleslegben. A mintát 0,0195 mol/dm 3 koncentrációjú KBr 3 oldattal titrálva a fogyás 9,12 cm 3. Hány százalék a tabletta hatóanyag tartalma? Br 3 + 5Br + 6H + = 3Br 2 + 3H 2 H H H + Br 2 H Br H H Br H H H + 2H + + 2Br - H 1 mól bromát megfelel 3 mól Br 2 -nak és így 3 mól aszkorbinsavnak az egyenletek alapján Br 3 - : 9,12 0,0195 = 0,1778 mmol Aszkorbinsav: 3 0,1778 = 0,5335 mmol, az eredeti mennyiség: 5,335 mmol = 5, mol Aszkorbinsav: M: 176,12 g/mol, így a tabletta hatóanyaga: 176,12 5, = 0,9396 g Hatóanyag %: (0,9396/0,9872) 100 = 95,18 %, 9. Egy szilárd minta Fe 2 3 -ot és inert szennyezést tartalmaz. A Fe 2 3 tartalmat permanganometriásan akarjuk meghatározni. A mintát HCl-ban oldjuk. ldás után a Fe(III) tartalom redukálása következik az első

19 21 egyenlet szerint majd a redukálószer feleslegének közömbösítése a második egyenlet alapján. Az anyagból 0,1850 g-ot bemérve, oldás, redukálás után a mintát KMn 4 mérőoldattal titráljuk. A KMn 4 koncentrációja 0,012 mol/dm 3, a fogyás 11,85 cm 3. Hány % (m/m) Fe 2 3 -ot tartalmazott a minta? 2Fe 3+ + SnCl 2 + 2Cl = 2Fe 2+ + SnCl 4 SnCl 2 + 2HgCl 2 = SnCl 4 + Hg 2 Cl 2 Mn 4 + 5Fe H + = Mn Fe H 2 KMn 4 fogyás: 0,012 11,85 = 0,1422 mmol A harmadik reakcióegyenlet szerint ez 0,711 mmol Fe 2+ -t mér, ami megfelel 0,711 mmol Fe 3+ -nak. Ez pedig Fe 2 3 -ból 0,711/2 mmol = 0,3555 mmol M Fe 2 3 = 55, = 159,7 g/mol Fe 2 3 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/dm 3 koncentrációjú KMn 4 oldatban, mely egyidejűleg MnS 4 -ra nézve 0,02 mol/dm 3 és a ph = 4,00? ε o = +1,51V A redoxifolyamat félegyenlete: Mn e - + 8H + = Mn H ε = ε o [Mn 4 ][H ] ,005.(10 + lg, behelyettesítve: ε = 1,51 + lg 5 2+ [Mn ] 5 0,02 ε = 1,125 V 4 ) 8