PRZYKŁADOWE ROZWIĄZANIA ZADAŃ 1. Odważono 1.0 g mieszaniny zawierającej NaOH, Na 2 CO 3 oraz substancje obojętną i rozpuszczono w kolbie miarowej o pojemności 250 ml. Na zmiareczkowanie próbki o objętości 25 ml wobec oranżu metylowego zużyto 17,5 ml roztworu HCl o stężeniu 0,0950 mol/l. Po dodaniu BaCl 2 w nadmiarze i całkowitym wytrąceniu węglanów na zmiareczkowanie drugiej próbki o objętości 25 ml wobec fenoloftaleiny zużyto 9,5 ml tego kwasu. Obliczyć % zawartość NaOH i Na 2 CO 3 w mieszaninie. m.m. NaOH = 40,0 g/mol; Na 2 CO 3 = 105,99 g/mol Miareczkowanie mieszaniny wobec oranżu metylowego próba 1 NaOH + HCl NaCl + H 2 O Na 2 CO 3 + 2HCl 2NaCl +H 2 CO 3 a = 17,5 ml Próba 2 Na 2 CO 3 + BaCl 2 Ba CO 3 + 2NaCl Miareczkowanie wobec fenoloftaleiny NaOH + HCl NaCl + H 2 O b = 9,5 ml Zużycie HCl na zobojętnienie NaOH a = 9,5 ml Zużycie HCl na zobojętnienie Na 2 CO 3 a b = 17,5 ml 9,5 ml = 8,0 ml Obliczanie zawartości NaOH [g] w próbie z proporcji trójczłonowej 1000 ml 1 mol/l HCl 1 mol 40 g/mol NaOH 8,0 ml 0,0950 mol/l x Rozwiązanie proporcji trójczłonowej 9,5 0,0950 1 40 0,0361 10 0,3610 1000 1 / W współmierność kolby z pipetą Całkowite zobojętnienie Na 2 CO 3 w próbie Na 2 CO 3 + 2HCl 2NaCl + H 2 O CO 2 ść 250 ść "# 25 10 Obliczanie zawartości Na 2 CO 3 [g] w próbie z proporcji trójczłonowej 1000 ml 2 mol/l HCl 1 mol 105,99 g/mol Na 2 CO 3 8,0 ml 0,0950 mol/l x Rozwiązanie proporcji trójczłonowej z uwzględnieniem współmierności W = 10 8,0 0,0950 1 105,99 $ % & 10 0,4028 1000 1 / Obliczanie zawartości % składników mieszaniny z proporcji 1 g 100% 0,4028 g Na 2 CO 3 x 1 x 1 = 40,28 % Na 2 CO 3
0,3610 g NaOH x 2 x 2 = 36,10 % NaOH 2. Zmieszano 45 ml 25% (m/m) CH 3 COOH o gęstości ρ = 1,0326 g/ml i 630 ml roztworu CH 3 COONa o stężeniu 0,2150 mol/l. Obliczyć ph buforu. M. m. CH 3 COOH = 60,05 g/mol; K a = 1,74 10 5 odp. ph = 4,60 Bufor kwasowy ph obliczamy z równania Hendersona- Hasselbacha ( ) * +,-./ 0123ą45167 +8-/ 0123ą45167 Wg teorii Brønsteda-Lowry ego CH 3 COOH jest kwasem, a CH 3 COO zasadą anionową ponieważ CH 3 COO może przyłączyć H + ; CH 3 COONa możemy oznaczyć jako c s Równanie Hendersona- Hasselbacha można zapisać, pozbywając się ułamku, w postaci: ph = pk a log c a + log c s obliczanie stężenia kwasu c a przeliczenie stężenia % na stężenie molowe (mol/l) (d) 9 : 1,0326 / ; < 9 100 96,84 1,0326 / 25 g CH 3 COOH 96,84 ml x 45 ml = $>? @> :A BC,D@:A 11,6171 % & % 60,05 g CH 3 COOH 1 mol CH 3 COOH 11,6171 g x = FF,CFGF? F :1A CH,H>? 0,1934 Obliczanie c a 0,1934 mol CH 3 COOH (45 ml + 630 ml) c a 1000 ml I ) H,FB&@ :1A CG> :A 0,2865 / lub drugi sposób obliczania c a I J I % 9. 25% 1032,6 / 4,2989 / L 100% 60,05 100% 4,2989 mol 1000 ml x 45 ml = @,$BDB @> :A = 0,1934 mol ponieważ objętość końcowa roztworu się zmienia należy przeliczyć stężenie mol/l dla CH 3 COOH po rozcieńczeniu 0,1934 mol CH 3 COOH (45 ml + 630 ml) c a 1000 ml I ) H,FB&@ :1A CG> :A 0,2865 / obliczanie c s 0,2150 mol CH 3 COONa 1000 ml x 630 ml = 0,13545 mol CH 3 COOH 675 ml c s 1000 ml I M H,$F>H :1A C&H :A H,F&>@> :1A CG> :A 0,13545 0,2007 /
pka = log K a pk a = log 1,74 10 5 pk a = 4,759 ph = 4,759 log 0,2865 + log 0,2007 ph = 4,759 + 0,543 0,697 = 4,605 ph 4,60 3. Zmieszano 250 ml roztworu amoniaku 0,20 mol/l i 250 ml roztworu HNO 3 o stężeniu 0,12 mol/l. Obliczyć ph roztworu. K b = 1,79 10 5. należy sprawdzić jaki skład mieszaniny będzie po reakcji NH 3 H 2 O + HNO 3 NH 4 NO 3 + H 2 O czyli 0,20 mol NH 3 H 2 O + 0,12 HNO 3 0,12 mol NH 4 NO 3 + 0,12 mol H 2 O + 0,08 mol NH 3 H 2 O po zmieszaniu obu roztworów powstaje bufor Bufor zasadowy ph obliczamy z równania Hendersona- Hasselbacha ( 6 N ( O * +,-./ 0123ą45167 +8-/ 0123ą45167 Wg teorii Brønsteda-Lowry ego NH 3 H 2 O jest zasadą, a NH 4 + kwasem kationowym ponieważ NH 4 + może oddać H +, ulega deprotonacji; NH 4 NO 3 możemy oznaczyć jako c s Równanie Hendersona- Hasselbacha można zapisać, pozbywając się ułamku, w postaci: ph = pk w pk b log c s + log c z obliczanie stężenia zasady c z 0,08 mol NH 3 H 2 O 1000 ml x 250 ml = H,HD $>H :A 0,02 0,02 mol NH 3 H 2 O (250 ml + 250 ml) c z 1000 ml I 3 H,H$ :1A 0,04 / obliczanie stężenia kwasu kationowego c s 0,12 mol NH 4 NO 3 1000 ml x 250 ml = H,F$ $>H :A 0,03 0,03 mol NH 4 NO 3 (250 ml + 250 ml) c z 1000 ml I M H,H& :1A 0,06 / pk b = log K b pk b = log 1,79 10 5 pk a = 4,747 ph = 14 4,747 log 0,06 + log 0,04 ph 9,077 = 9,08 lub można skorzystać z wzoru: + P / Q R 2 R 2 TU V poh = 4,92 ph = 14 4,92 = 9,08 N+ P / + P / 1,79 10P> = 0,04 0,06 1,1933 10 P> / 14 N
4. Na zmiareczkowanie próbki boraksu o objętości 25,0 ml, zawierającej 14,2453 g Na 2 B 4 O 7 10 H 2 O w 500 ml roztworu, zużyto wobec czerwieni metylowej 29,5 ml roztworu kwasu solnego. Jakie jest stężenie molowe tego kwasu? M. m. Na 2 B 4 O 7 10 H 2 O g Na 2 B 4 O 7 10 H 2 O 381,3 g/mol odp. c HCl = 0,1266 mol/l Podstawą oznaczenia jest reakcja: $ W @ G * 2% * 5 $ X 4 & W & * 2% obliczanie zawartości boraksu w objętości pipety: 14,2453 g Na 2 B 4 O 7 10 H 2 O 500 ml x 25 ml = F@,$@>&? Y $> :A 0,7123 obliczanie stężenia HCl z proporcji trójczłonowej: 1000 ml 2 mol/l HCl 1 mol x 381,3 g/mol Na 2 B 4 O 7 10 H 2 O 29,5 ml x 0,7123 g rozwiązanie proporcji trójczłonowej: = 1000 = 2 / = 0,7123 29,5 = 1 = 381,3 / Drugi sposób rozwiązania: obliczanie stężenia boraksu: 14,2453 g Na 2 B 4 O 7 10 H 2 O 500 ml x 1000 ml = 1 mol Na 2 B 4 O 7 10 H 2 O 381,3 g/mol x 28,4906 g = 0,1266 % F :1A Y $D,@BHC? &DF,&?/:1A F@,$@>&? Y 0,07472 :1A A = 28,4906 g $ W @ G $ lub I $ W @ G : Y FHHH ; Y J oba roztwory podczas miareczkowania reagują ze sobą zgodnie z proporcją: stąd: < $ W @ G = I $ W @ G < % = I % 1 2 I Z[A 2 = < $W @ G = I $ W @ G 1 = < % 2 = 25 = 0,07472 / 1 = 29,5 0,1266 / 5. Woda morska zawiera 8 ppm strontu (Sr), 4,6 ppm boru (B) i 170 ppb litu (Li). Podaj zawartość tych pierwiastków w procentach. Stężenie wyrażone w ppm: ppm oznacza part per milion, czyli: 1 1000000 1 10PC / ppm wyraża się ilością mg w 1 kg materiału 1mg w 1kg lub 1µg w 1g materiału
Stężenie wyrażone w ppb: ppb oznacza part per bilion, czyli: 1 1000000000 1 10PB / ppb wyraża się ilością 0,001 mg w 1 kg materiału 0,001 mg w 1kg lub 1ng w 1g materiału 8 mg Sr w 1 kg wody morskiej, a stężenie % odnosi się do 100 g 0,008 g (8 mg Sr) 1000 g wody (1kg) x 100 g (%) = H,HHD? FHH? FHHH? 8 10 P@ % \] 4,6 ppm B 0,0046 g (4,6 mg B) 1000 g wody (1kg) x 100 g (%) = 170 ppb Li 0,170 mg 0,000170 g (170 ppb Li) 1000 g wody (1kg) x 100 g (%) = H,HH@C? FHH? FHHH? H,HHHFGH? FHH? FHHH? 4,6 10 P@ % W 1,7 10 P> % ^ lub drugi sposób rozwiązania: ponieważ 1 ppb oznacza 1 ng/g 170 10 9 g 1 g materiału x 100 g (%) = FGH FH_`? FHH? F? 1,7 10 P> % ^ SEMINARIUM Z ZADAŃ ALKACYMETRIA, ph ROZTWORÓW I ANALIZA ŚLADÓW 6. Ile cm 3 stężonego HCl ok. 35% o gęstości 1,18 g/cm 3 należy odmierzyć do przygotowania 1 litra roztworu kwasu solnego o stężeniu 0,1 mol/dm 3? m. m. HCl 36,46 g/mol odp. 8,83 cm 3 7. Odważkę 0,2870 g KHCO 3 zmiareczkowano zużywając 28,7 cm 3 roztworu HCl. Obliczyć stężenie molowe kwasu solnego. M. m. KHCO 3 100,12 g/mol odp. 0,09988 mol/l 8. Próbka zawierała tę samą ilość gramów NaOH i Na 2 CO 3 Ile cm 3 roztworu HCl o stężeniu 0,2000 mol/dm 3 zużyto na zmiareczkowanie odważki o masie 0,4000g wobec fenoloftaleiny, a ile wobec oranżu metylowego? M. m. NaOH 40 g/mol; M. m. Na 2 CO 3 105,99 g/mol odp. Wobec fenoloftaleiny 34,44 cm 3, wobec oranżu metylowego 9,44 cm 3. 9. Z próbki soli amonowej o masie 1,0090 g oddestylowano uwolniony amoniak do 50 cm 3 0,5120 mol/dm 3 roztworu kwasu siarkowego(vi). Nadmiar kwasu odmiareczkowano 5,15 cm 3 roztworem NaOH 0,5229 mol/dm 3. Obliczyć % zawartość NH 3 w próbie. M. m. NH 3 17,03 g odp. 81,87% 10. Do 100 ml roztworu CH 3 COOH o stężeniu 0,5000 mol/l dodano 4,63 g CH 3 COONa, a następnie roztwór rozcieńczono woda destylowaną do objętości 250 ml. Obliczyć ph otrzymanego roztworu buforowego. K a = 1,79 10 5 ; M. m. CH 3 COONa = 82,03 g/mol odp. ph = 4,8 11. Do 200 ml roztworu amoniaku o stężeniu 0,2 mol/l dodano 3,21 g NH 4 Cl, a następnie roztwór rozcieńczono wodą do objętości 500 ml. Obliczyć ph otrzymanego roztworu. K b = 1,79 10 5 ; m.m. NH 4 Cl 53,49 g/mol odp. ph = 9,08
12. Woda morska zawiera między innymi 0,05 ppb kobaltu, 0,2 ppb chromu oraz 0,28 ppb srebra. Jaką objętość wody należy odparować aby uzyskać po 1 mg wymienionych pierwiastków? Wyraź podaną zawartość pierwiastków w µg/g. odp. Co 20000 l; Cr 5000 l; Ag 3571 l 13. Surowiec roślinny zawiera 98 ppb magnezu. Podaj wynik oznaczenia w % oraz oblicz ile µg magnezu będzie znajdowywało się w opakowaniu zawierającym 30 g surowca? Odp. Mg 9,8 10 6 %, 2,88 µg/30g 14. Obliczyć wykładnik stężenia jonów wodorowych w 0,1375 mol/l roztworze CH 3 COOH, którego wartość stałej dysocjacji K = 1,79 10 5 odp. ph = 2,81 15. Jakie jest stężenie molowe wodorotlenku amonu, w którym wykładnik stężenia jonów wodorowych ph = 11,10? Stała dysocjacji K = 1,77 10 5 odp. [NH 3 H 2 O] = 0,0895 mol/l