ETAP III ZADANIE 1

Transkrypt

1 ETAP III 7..6 Zadaia laboratoryje ZADANIE W probówkach ozaczoych umerami -6 zajdują się wode roztwory pojedyczych substacji stosowaych przy produkcji kosmetyków. Substacje te to: bezoesa sodu, alkohol bezylowy, -feoksyetaol, -aftol, rezorcya (,-dihydroksybeze), siarcza,5-tolueodiamiy. W lewej kolumie wymieioe są populare koserwaty, a w prawej substacje, będące składikami farb do włosów. Niektóre roztwory mogą mieć odczy róży od obojętego, ze względu a rozpuszczalą formę związku. Stężeie substacji w roztworach wyosi ok. 5 mg cm -, jedyie -feoksyetaolu jest miejsze, gdyż jest o bardzo słabo rozpuszczaly w wodzie. Na rysukach ozaczoych literami A-F (w kopercie a staowisku) przedstawioo widma UV poszczególych roztworów wraz z podaym rozcieńczeiem. Widma zarejestrowao w środowisku kwaśym i w środowisku alkaliczym. Razem z umerem startowym otrzymujesz odpowiedi klucz łączący umer probówki z rysukiem ozaczoym literą, p. próbówka rys B, probówka rys. F, itp. Dyspoujesz astępującymi substacjami pomociczymi: Kwas soly, mol dm - Azota(III) sodu Chlorek żelaza(iii), % Możesz korzystać także z roztworów używaych w zadaiu. Na staowisku zajduje się pustych probówek, pipetki z polietyleu (lub pipety Pasteura) do odmierzaia roztworów, tryskawka z wodą destylowaą. Poleceia:. ( pkt.) Zastaów się, dla których z podaych substacji, widma mają róży kształt w zależości od środowiska. Przedstaw swoje wioski.. (6 pkt.) Przeprowadź odpowiedie reakcje i podaj, jakie substacje zajdują się w ozaczoych probówkach.. ( pkt.) Przedstaw uzasadieie każdej z wykoaych idetyfikacji.

2 ZADANIE Chlora(I) sodu jest używay do przemysłowego odkażaia wody a także wchodzi w skład środków odkażających i wybielających, stosowaych w gospodarstwach domowych. Preparaty hadlowe są zaieczyszczoe chloraem(v) sodu i chlorkiem sodu. W kolbie miarowej o pojemości 5 cm, opisaej literą P, masz roztwór zawierający mieszaię chlorau(i) sodu i chlorau(v) potasu lub chlorau(i) sodu i chlorku sodu. W środowisku kwaśym, z grupy wymieioych aioów, jedyie chlorki strącają osad z azotaem(v) srebra. Chlora(I) jest dość trwały w środowisku alkaliczym, zakwaszoy ulega częściowo reakcji dysproporcjoacji do chlorków i chloraów(v) (szczególie w obecości joów srebra, a skutek wytrąceia trudo rozpuszczalego osadu chlorku srebra), a częściowo reaguje z joami wodorowymi i z chlorkami z wydzieleiem wolego chloru. Chlora(V), chlora(i) i chlor() w środowisku kwaśym są redukowae do chlorków przez joy żelaza(ii). Masz do dyspozycji astępujące odczyiki (dokłade stężeie każdego roztworu jest podae a butelce): Magaia(VII) potasu, KMO, roztwór miaoway o stężeiu, mol dm - ; Siarcza(VI) żelaza(ii) i amou, (NH ) (SO ) (sól Mohra), roztwór miaoway o stężeiu, mol dm - ; Mieszaię Reihardta-Zimmermaa (R-Z), zawierającą MSO, kwas siarkowy(vi) i kwas fosforowy(v); Tiocyjaia potasu, KSCN, roztwór miaoway o stężeiu, mol dm - ; Azota(V) srebra, AgNO, roztwór miaoway o stężeiu, mol dm - ; Kwas siarkowy(vi) o stężeiu mol dm - ; Siarcza(VI) żelaza(iii) i amou (ału żelazowo-amoowy), roztwór o stężeiu %; Chloroform. Potrzeby Ci sprzęt to: biureta, dwie pipety jedomiarowe 5 cm, kolby stożkowe ze szlifem, cylider miarowy a cm, zlewka o pojemości cm, tryskawka z wodą destylowaą, pipetka polietyleowa. PRZEPISY WYKONAWCZE Ozaczaie joów chlorkowych w środowisku kwaśym W kolbie stożkowej ze szlifem, o pojemości cm, umieścić 5, cm roztworu zawierającego joy chlorkowe. Roztwór zakwasić dodając 5 cm kwasu siarkowego(vi). Dodać 5, cm azotau(v) srebra, cm roztworu ałuu żelazowego i 5 cm chloroformu. Kolbę zamkąć korkiem i eergiczie wytrząsąć. Korek spłukać wodą destylowaą i miareczkować zawiesię miaowaym roztworem KSCN do zauważalego czerwoawego

3 zabarwieia fazy wodej. Zapisać rówaia zachodzących reakcji. Obliczyć zawartość joów chlorkowych w próbce. Ozaczaie żelaza(ii) w roztworze zawierającym joy chlorkowe W kolbie stożkowej o pojemości cm umieścić 5, cm badaego roztworu zawierającego joy żelaza(ii), dodać 5 cm mieszaiy R-Z i rozcieńczyć wodą do ok. cm. Miareczkować roztworem KMO do różowego zabarwieia. Zapisać rówaia zachodzących reakcji. Obliczyć zawartość joów żelaza(ii) w próbce. Utleiaie joów żelaza(ii) za pomocą chlorau(i) i chlorau(v) Do kolby stożkowej ze szlifem o pojemości cm wprowadzić 5, cm roztworu soli Mohra, dodać 5 cm kwasu siarkowego(vi) i 5, cm roztworu zawierającego chloray. Kolbę szybko zamkąć korkiem i pozostawić a miut od czasu do czasu wytrząsając zawartość. Spłukać korek wodą i ozaczyć zawartość joów chlorkowych lub joów żelaza(ii). Na podstawie rówań zachodzących reakcji zaleźć zawartość poszczególych składików w badaej mieszaiie. Poleceia:. ( pkt.) Przedstaw sposób postępowaia (oraz rówaia zachodzących reakcji) pozwalający określić molowo skład ilościowy próbki. Wykaż, że ie jest koiecza zajomość stopia syproporcjoacji i dysproporcjoacji chlorau(i) do ozaczeia składu ilościowego dwuskładikowych mieszai Na i Na lub Na i K.. ( - 5 pkt.) Podaj, jaka jest masa chlorau(i) sodu w próbce.. ( - 5 pkt.) Podaj, jaka jest masa chlorku sodu lub chlorau(v) potasu w próbce.. ( pkt.) Wykaż, że w oparciu o przedstawioe przepisy wykoawcze, ie jest możliwe wyzaczeie liczby moli chlorków, chlorau(i) i chlorau(v) w mieszaiie trójskładikowej, gdyby dysproporcjoacja chlorau(i) zachodziła w pełi. Pomiń reakcję syproporcjoacji (wydzielaie wolego chloru). 5. ( pkt.) Wyjaśij, w jakim celu przy ozaczaiu chlorków dodaje się cieczy orgaiczej. 6. ( pkt.) Opisz, jak składiki mieszaiy R-Z wpływają a potecjały redoks układu przy magaometryczym ozaczaiu żelaza. Uwaga! Gospodaruj oszczędie wydaymi roztworami, bierz do badań iewielkie porcje roztworu. Pamiętaj, by idetyfikacja przeprowadzoa została w sposób jedozaczy. PUNKTACJA: ZADANIE - pkt., ZADANIE 8 pkt., RAZEM: pkt. CZAS TRWANIA ZAWODÓW: miut

4 ETAP III 7..6 Rozwiązaia zadań laboratoryjych ROZWIĄZANIE ZADANIA Przykładowy zestaw substacji (widma zajdują się a str.7): Nr probówki Nazwa substacji Nr rysuku Alkohol bezylowy A Rezorcya (, dihydroksybeze) B Bezoesa sodu C -aftol D 5 Siarcza,5-tolueodiamiy E 6 -oksyetaol F. Porówując widma UV roztworów substacji, zarejestrowae dla odczyu kwaśego i alkaliczego moża podzielić badae związki a dwie grupy: pierwsza - widmo ie zmieia się wraz ze zmiaą środowiska, druga - wraz ze zmiaą środowiska astępuje zmiaa widma absorpcji. Do pierwszej grupy ależą alkohol bezylowy i -feoksyetaol. Rysuki A i F przedstawiają widma tych związków. oksyetaol powiie mieć widmo absorpcji o wyraźym efekcie batochromowym i hiperchromowym (przesuięcie maksimum absorpcji w kieruku fal dłuższych i podwyższeie absorbacji) w porówaiu do widma alkoholu bezylowego. Należy przy tym uwzględić podae rozcieńczeia roztworów. pkt. Wiosek: W probówce i 6 są odpowiedio alkohol bezylowy i feoksyetaol. Potwierdzeie tych przypuszczeń wymaga przeprowadzeia reakcji charakterystyczych. Pozostałe substacje wraz ze zmiaą odczyu zachowują się w róży sposób. Dla jedej z ich, rys. C, zakwaszeie roztworu zmieia widmo z efektem batochromowym i hiperchromowym (przesuięcie maksimum absorpcji w kieruku fal dłuższych i podwyższeie absorbacji). Taka sytuacja może mieć miejsce dla substacji o charakterze kwaśym kwasu bezoesowego. Wiosek: W probówce może być bezoesa sodu. Wymaga to dalszego potwierdzeia Zmiay widm pozostałych trzech substacji są podobe, choć zakwaszeie roztworu powoduje ajwiększe zmiay hipsochromowe i hipochromowe (przesuięcie maksimum absorpcji w kieruku fal krótszych i obiżeie absorbacji) dla rysuku E. Moża przypuszczać, że tak powia zachowywać się amia aromatycza. Wiosek: W probówce 5 może być,5-tolueodiamia. Wymaga to dalszego potwierdzeia. Z pozostałych substacji -aftol powiie mieć maksimum absorpcji przy

5 większej długości fali iż rezorcya. Tak więc a rys. D przedstawioe są widma -aftolu a a rys. B rezorcyy. Wiosek: W probówce może być -aftol, a w probówce rezorcya. Wymaga to dalszego potwierdzeia. w sumie 6 pkt.. Reakcje charakterystycze, rozróżieie substacji a) Reakcja z ; Z badaych substacji jedyie rezorcya i -aftol dają charakterystycze zabarwieie z, rezorcya graatowe (probówka ) a -aftol zieloe (probówka ). b) reakcja z azotaem(iii) i kwasem solym reakcja diazowaia; Reakcji tej ulegają jedyie amiy pierwszo- i drugorzędowe. Po dodaiu do probówki 5 azotau(iii) sodu i kwasu solego, obserwuje się żółkięcie roztworu. Utworzoa sól diazoiowa może sprzęgać się z jedyie z rezorcyą i -aftolem z utworzeiem barwych związków diazowych. Po dodaiu do soli diazoiowej roztworu z probówki, roztwór staje się itesywie żółty, a po dodaiu roztworu z probówki, pomarańczowoczerwoy. Świadczy to jedozaczie, że probówka 5 zawiera,5-tolueodiamię i potwierdza, że w probówce jest rezorcya, zaś w probówce, -aftol. c) reakcja z KMO Rozróżieie alkoholu bezylowego i feoksyetaolu polega a ich reakcji z KMO. Alkohol bezylowy utleia się bardzo łatwo do kwasu bezoesowego w odróżieiu od feoksyetaolu utleiającego się do kwasu feoksyoctowego. Po dodaiu do roztworu z probówki porcji KMO oraz kilku kropli kwasu siarkowego i lekkim ogrzaiu roztwór szybko odbarwia się, po oziębieiu wydzielają się charakterystycze igły kwasu bezoesowego. Świadczy to jedozaczie, że w probówce jest alkohol bezylowy. Utleiaie feoksyetaolu przebiega szybko, a po oziębieiu ie wydziela się kwas bezoesowy. Takie obserwacje uzyskae dla roztworu z probówki 6 potwierdzają obecość feoksyetaolu. Kwas bezoesowy ie będzie reagował z, ie będzie redukował KMO, ie będzie ulegał reakcji diazowaia ai sprzęgaia. Po zakwaszeiu alkaliczego roztworu bezoesau sodu kwasem solym mogą wydzielić się charakterystycze igiełki trudo rozpuszczalego w wodzie kwasu bezoesowego. w sumie pkt. ROZWIĄZANIE ZADANIA. Tok aalizy Otrzymay roztwór w kolbie miarowej ależy uzupełić do kreski wodą i wymieszać. Pipetą jedomiarową o pojemości 5 cm pobierać porcje badaego roztworu do kolb stożkowych ze szlifem i przeprowadzić ozaczaie przyjmując wybray skład mieszaiy. a) Na i Na W roztworze kwaśym, po dodaiu AgNO w obecości chlorków zachodziłyby reakcje opisae rówaiami: H H O Ag Ag Ag Ag 5

6 Z uwagi a reakcje dysproporcjoacji - i wydzieleia wolego chloru w reakcji syproporcjoacji ie jest możliwe bezpośredie ozaczeie joów chlorkowych w mieszaiie z chloraami(i). Dodaie do kwaśego roztworu badaej mieszaiy, soli żelaza(ii), powoduje redukcję utleiaczy według astępujących rówań reakcji: H H O 6 6H 6 H O Liczba moli joów chlorkowych powstałych z redukcji chloru, chlorau(i) i chlorau(v) odpowiada wyjściowej liczbie moli chlorau(i). Nie jest więc potrzeba zajomość stopia syproporcjoacji i dysproporcjoacji chlorau(i). Moża zapisać: = Na () Z kolei moża ozaczyć liczbę moli joów żelaza(iii) powstałych w wyiku działaia utleiaczy, co odpowiada dwukrotej liczbie moli chlorau(i). Tu także ie jest potrzeba zajomość stopia syproporcjoacji i dysproporcjoacji chlorau(i). = pkt. Przeprowadzeie ozaczaia Do dwóch kolb stożkowych ze szlifem wprowadzić za pomocą pipety jedomiarowej, 5 cm roztworu soli Mohra i dodać 5 cm kwasu siarkowego. Odmierzyć pipetą jedomiarową 5, cm badaego roztworu i atychmiast zamkąć kolbę korkiem. Po miutach do jedej kolby dodać 5 cm chloroformu, 5, cm roztworu azotau(v) srebra i ozaczyć chlorki, zużywając V KSCN() cm roztworu tiocyjaiau potasu. Ozaczeie ależy powtórzyć. Na podstawie rówań zachodzących reakcji: oblicza się liczbę milimoli chlorków: = () Ag Ag Agadm SCN Agadm AgSCN SCN SCN AgNO KSCN() = 5 c AgNO V KSCN() c KSCN Na = () W drugiej kolbie ależy ozaczyć pozostałe żelazo(ii), dodając do roztworu przed miareczkowaiem 5 cm mieszaiy R-Z. Zużywa się przy tym magaiau(vii) potasu. Ozaczeie ależy powtórzyć. Na podstawie rówaia reakcji: MO 5 8H M 5 HO V KMO () cm roztworu oblicza się liczbę milimoli pozostałego (II), co w porówaiu z liczbą milimoli wziętą do reakcji daje liczbę milimoli : = = 5 c V c 5 (II)pocz (II)pozost KMO () KMO 6

7 Moża więc policzyć liczbę milimoli chlorau(i) sodu: Podstawiając otrzymuje się dla całej próbki: AgNO KSCN() = KSCN A = 5 c V c i 5 c V c 5 B = KMO () KMO = A 5 B i = 5 B pkt Na Na Jeśli B>A układ będzie sprzeczy, co zaczy, że w próbce ie ma chlorku sodu. b) Ozaczaie Na i K. Sposób rozumowaia i reakcje są aalogicze jak dla próbki zawierającej chlorki i chlora(i). Na zmiareczkowaie chlorków po redukcji chloraów zużywa się V KSCN cm roztworu tiocyjaiau potasu. W wyiku ozaczaia całkowitej liczby milimoli chlorków chloraów otrzymuje się: - = - powstałych z redukcji - = 5 c AgNO V KSCN c KSCN = A = Na ozaczeie w drugiej kolbie pozostałego żelaza(ii) zużywa się magaiau(vii) potasu. V KMO cm roztworu = 6 (II)pocz (II)pozost = 5 c VKMO c KMO 5 = 6 Po rozwiązaiu układu rówań: W odiesieiu do całej próbki: B = 6 A B = i 6 B A = =,5 (6 A B) i =,5 (B A) pkt. i. Obliczaie masy chlorau(i) sodu, chlorku sodu i chlorau(v) potasu. Mieszaia Na i Na 7

8 W wyiku miareczkowaia, a 5 cm pierwszej próbki zawierającej joy chlorkowe po redukcji chloraów żelazem(ii), z biurety zeszło 6, cm roztworu tiocyjaiau potasu a a drugą próbkę 6, cm. Objętość średia V KSCN() wyosi 6,5 cm. Na takie same próbki przy ozaczaiu pozostałego żelaza(ii) zeszło 5,8 i 6, ml (średio 5,9 cm ) roztworu KMO. Uwzględiając objętości roztworu AgNO = 5, cm i soli Mohra 5, cm oraz stężeia c AgNO =, mmol cm -, c KSCN =, mmol cm -, c (II) =, mmol cm - i c KMO =, mmol cm - a także masę jedego mmola Na rówą 58,5 mg mmol - i masę jedego mmola Na = 7,5 mg mmol - otrzymuje się: = 5 c V c = 5, 6,5, =,875 mmol () AgNO KSCN() KSCN = 5 c 5 V c = 5, 5 5,9, =, mmol (II) m KMO KMO Na = M Na [mg] m Na = 5, 7,5 = 5,9 mg -5 pkt. m Na m Na = - () - M Na [mg] = 5 (,875,) 58,5 = 68,9 mg -5 pkt. Mieszaia Na i K W wyiku miareczkowaia pierwszej próbki (pobrao 5 cm badaego roztworu z kolby o pojemości 5 cm ) zawierającej joy chlorkowe po redukcji chloraów za pomocą żelaza(ii) z biurety zeszło,6 cm roztworu tiocyjaiau potasu. Na drugą próbkę zeszło,8 cm titrata. Objętość średia V KSCN wyosi,7 cm. Przy ozaczeiu żelaza(ii) pozostałego po redukcji chloraów z biurety zeszło 6,5 cm i 6,6 cm roztworu KMO a dwie rówoległe próbki, stąd V KMO = 6,55 cm. Uwzględiając stężeia mmol cm - otrzymuje się: c =, mmol cm -, c KSCN =, mmol cm - i =, c KMO = 5 c VKSCN ckscn = 5,,7, =, mmol AgNO = 5 c 5 V c = 5, 5 6,55, =,5 mmol (II) KMO KMO 6 = ( III ) = ( III ) =,5 (6, -,5) = 7,9 mmol =,5 (,5-,) =, mmol Uwzględiając masę jedego mmola Na rówą 7,5 mg mmol - i K rówą,55 mg mmol - zajduje się: 8

9 m Na = 7,9 7,5 = 57,7 mg -5 pkt. m K =,,55 = 9, mg -5 pkt.. Z reakcji przedstawioych w pukcie wyika, że jeśli do mieszaiy chlorków, chloraów(i) i chloraów(v) doda się kwasu siarkowego(vi) i AgNO, moża zapisać: = Na () Po przeprowadzeiu redukcji chloraów za pomocą (II) i poowym ozaczaiu chlorków otrzymuje się: - = Na Z ozaczeia żelaza(iii) powstałego a skutek działaia utleiającego chloraów mamy: = 6 W te sposób powstał układ rówań z trzema iewiadomymi. Podstawieie do drugiego rówaia, liczby moli Na wyzaczoej z pierwszego rówaia, daje: - = () skąd: = ( ) () Po podstawieiu tej wartości do trzeciego rówaia, otrzymuje się rówaie tożsame: = 6 ( - ) () Wyelimiowaie liczby milimoli chlorau(v) uiemożliwia wyzaczeie składu ilościowego mieszaiy trójskładikowej. pkt. 5. Podczas miareczkowaia tiocyjaiaem potasu mogłaby astąpić reakcja: Ag SCN AgSCN Chloroform dodaway jest w celu zwilżeia osadu chlorku srebra i odizolowaia go od roztworu, dzięki czemu osad Ag ie reaguje z dodawaymi joami tiocyjaiaowymi. pkt. 6. Joy M obiżają potecjał utleiający (wzrost stężeia formy zredukowaej) E = E MO 8,59 [MO ] [H ] log a tyle, że KMO M ie utleia chlorków do chloru. 5 [M ] Kwas fosforowy(v) tworzy z bezbarwy kompleks, przez co obiża potecjał utleiający E = E,59 [ ] log (maleje stężeie formy utleioej, [ ], [ ] zwiększa się potecjał redukujący). pkt. 9

10 A B rozc : rozc : Absorbacja.5 k, z Absorbacja.5 k z C rozc : D rozc :.5.5 k Absorbacja.5 z Absorbacja.5 k z E F rozc : rozc :5.5.5 Absorbacja.5 z Absorbacja.5 k, z k

11