SEMINARIUM Z ZADAŃ ALKACYMETRIA

Zagadnienia, których znajomość umożliwi rozwiązanie zadań: Znajomość pisania reakcji w oznaczeniach alkacymetrycznych, stopień i stała dysocjacji, wzory na obliczanie ph buforów SEMINARIUM Z ZADAŃ ALKACYMETRIA 1. 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 2. 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 3. Jakie jest stężenie procentowe bezwęglanowego roztworu NaOH, jeżeli 1,0 ml tego roztworu o gęstości 1,5 g/ml zobojętnia 37,5 ml roztworu HCl o stężeniu 0,5 mol/l? m. m. NaOH 40,0 g/mol; odp. 50% 4. Odważkę 1,0985 g KHCO 3 rozpuszczono w kolbie miarowej o poj. 100 cm 3.Z kolby tej pobrano objętość pipety równej 25 cm 3 i przeniesiono do kolby stożkowej. Po dodaniu oranżu metylowego miareczkowano roztworem HCl zużywając 27,5 cm 3 kwasu. Jakie jest stężenie kwasu solnego? m. m. KHCO 3 = 100,12 g odp. 0,0997 mol/l 5. Obliczyć procentową zawartość czystego boraksu (Na 2 B 4 O 7 10H 2 O) jeżeli na zmiareczkowanie odważki 1,750 g technicznego boraksu zużyto 48,28 ml 0,1750 mol/l HCl. m. m. Na 2 B 4 O 7 10H 2 O 381,3 g/mol odp. 92,04% 6. Mieszaninę NaOH i Na 2 CO 3 analizowano metodą WINKLERA. Jedną próbkę miareczkowano wobec oranżu metylowego zużywając 32,8 cm 3 roztworu HCl o stężeniu 0,1020 mol/dm 3. Do drugiej identycznej próbki dodano w nadmiarze BaCl 2 i miareczkowano tym samym kwasem wobec fenoloftaleiny zużywając 18,8 cm 3. Obliczyć zawartość NaOH obok Na 2 CO 3 w próbce. M. m. NaOH 40 g/mol; M. m. Na 2 CO 3 105,99 g/mol ; odp. NaOH 0,0767 g, Na 2 CO 3 0,0757 g 7. Oznaczając metodą WINKLERA mieszaninę NaHCO 3 obok Na 2 CO 3 zużyto wobec oranżu metylowego 35,17 cm 3 (wynik uśredniony z trzech prób) kwasu solnego 0,1011 mol/dm 3.Do drugiejidentycznej porcji roztworu dodano 25 cm 3 NaOH 0,1057 mol/dm 3.Po wytrąceniu węglanów BaCl 2 odmiareczkowano wobec fenoloftaleiny nadmiar wodorotlenku zużywając 7,14 cm 3 (wynik uśredniony z trzech prób)kwasu solnego 0,1011 mol/dm 3.Obliczyć zawartość NaHCO 3 obok Na 2 CO 3.m. m. NaHCO 3 84 g/mol; m. m. Na 2 CO 3 105,99 g/mol odp. Na 2 CO 3 0,0866 g, NaHCO 3 0,1614 g. 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. Oznaczając Na 2 CO 3 obok NaHCO 3 metodą WARDERA zużyto 8,20 cm 3 0,0997 mol/dm 3 kwasu solnego wobec fenoloftaleiny, a wobec oranżu metylowego 18,70 cm 3 tego samego kwasu. Obliczyć zawartość NaHCO 3 i Na 2 CO 3 w gramach. m. m. NaHCO 3 84 g/mol; m. m. Na 2 CO 3 105,99 g/mol odp. NaHCO 3 0,0879 g, Na 2 CO 3 0,0866 g 10. Z próbki soli amonowej o masie 1,0090 g oddestylowano uwolniony amoniak do 50 cm 3 0,5120 mol/dm 3 roztworu kwasu solnego. Nadmiar kwasu odmiareczkowano 5,15 cm 3 roztworem NaOH 1

0,5229 mol/dm 3. Obliczyć % zawartość NH 3 w próbie. m. m. NH 3 17,03 g odp. 38,66% 11. 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% 12. W kolbie miarowej o pojemności 200 cm 3 rozpuszczono 2,6203 g wodoroftalanu potasu. Jakie jest dokładne stężenie molowe roztworu NaOH jeżeli miareczkując trzy próbki wodoroftalanu potasu o objętości 20,0 cm 3 zużyto następujące objętości NaOH: 24,00 cm 3, 24,10 i 24,05 cm 3. M. m. C 6 H 4 (COOH)COOK = 204,23 g/mol odp. NaOH 0,0533 mol/l 13. Próbę tlenku cynku o masie 0,2750 g rozpuszczono w 50 ml roztworu H 2 SO 4 a następnie nadmiar H 2 SO 4 odmiareczkowano 20,75 ml 0,2245 mol/l roztworem NaOH. Obliczyć procentową zawartość ZnO w próbce, jeśli 1 ml H 2 SO 4 jest równoważny 0,987 ml roztworu NaOH. M. m. ZnO 81,4 g/mol; odp. 95,05% 14. Odważkę kwasu benzoesowego o masie 0,2807 g rozpuszczono w dimetyloformamidzie [(CH 3 ) 2 NCOH] i miareczkowano wobec błękitu tymolowego roztworem metanolanu sodu, zużywając go 22,6 ml. Obliczyć stężenie titrantu. M.m. C 6 H 5 COOH 122,12 g/mol; odp.0,1017 mol/l 15. Ile miligramów octanu potasu zawierała próbka, jeżeli po rozpuszczeniu w 100% (m/m) kwasie octowym, na zmiareczkowanie wobec fioletu krystalicznego zużyto 22,5 ml roztworu kwasu chlorowego (VII), którego 1 ml odpowiada 22,2 mg wodoroftalanu potasu. M. m. CH 3 COOK 98,15 g/mol; M. m. C 6 H 4 (COOH)COOK 204,23 g/mol; odp. 240 mg 16. Oblicz wartość stałej dysocjacji kwasu octowego, jeżeli w 2,90% roztworze stopień dysocjacji kwasu jest równy 0,60%. M. m. CH 3 COOH 60,05 g/mol; gęstość ρ = 1,00g/ml odp. K = 1,74 10 5 17. Oblicz wartość stałej dysocjacji dla kwasu azotowego(iii), jeżeli 0,085% roztwór kwasu jest zdysocjowany w 11,5%. M. m. HNO 2 47,02 g/mol, ρ = 1,00 g/ml odp. K = 2,70 10 4 18. Kwas cyjanowy jest w 0,01 mol/l w roztworze wodnym zdysocjowany w 14,1%-ach. Oblicz pk a kwasu cyjanowego. odp. pk = 3,64 19. Do 100 ml roztworu mocnego kwasu o ph = 1,4 dodano 100 ml tego samego kwasu o ph = 2,7. Oblicz ph otrzymanego roztworu. odp. ph = 1,68 20. 5 ml 10% (m/m) HCl o ρ = 1,0474 g/ml rozcieńczono woda destylowaną do objętości 500 ml. Obliczyć ph roztworu. M. m. HCl 36,461 g/mol odp. ph = 1,54 21. Zmieszano 250 ml roztworu amoniaku 0,20 mol/l i 250 ml roztworu HNO 3 o stężeniu 0,12 mol/l. Obliczyć ph buforu. M. m. NH 4 OH i M. m. NH 4 NO 3 są niepotrzebne. K b = 1,79 10 5 odp. ph = 9,08 22. Zmieszano 200 ml roztworu amoniaku o stężeniu 0,20 mol/l i 300 ml roztworu NH 4 NO 3 o stężeniu 0,25 mol/l. Obliczyć ph buforu. K z = 1,79 10 5 odp. ph = 8,98 2

23. Zmieszano 50,0 ml 10% (m/m) CH 3 COOH o gęstości ρ = 1,0125 g/ml i 550 ml roztworu CH 3 COONa o stężeniu 0,20 mol/l. Obliczyć ph buforu. M. m. CH 3 COOH = 60,05 g/mol; K a = 1,74 10 5 odp. ph = 4,87 24. 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 3

WYPROWADZENIE WZORÓW NA OBLICZANIE ph BUFORÓW 1. bufor amonowy (NH 3 H 2 O, NH 4 Cl) bufor zasadowy zasada jest słabo zdysocjowana B +H2O BH + + OH stała dysocjacji (protolizy) słabej zasady z iloczynu jonowego wody po zlogarytmowaniu! " # $ lub ph pkw pkb lgcs! lgcz # % 2. bufor octanowy (CH 3 COOH, CH 3 COONa) bufor kwasowy kwas jest słabo zdysocjowany HA +H 2 O H 3 O + + A 2 3 3 sól jest dobrze zdysocjowana i jej obecność powoduje zmniejszenie dysocjacji słabego kwasu przyjmuje się : [HA] = c K (c K całkowite stężenie kwasu), [A ] = c S (c S całkowite stężenie soli) 2 3 3 2 4 Po zlogarytmowaniu 56 56 2 56 3 3 56 256 4 7 # 8 # $ lub 7 # 8! # $ 4

PRZYKŁADOWE ROZWIĄZANIA ZADAŃ 1. 10 ml 15% (m/m) HCl gęstości ρ=1,0726 g/ml rozcieńczono woda destylowaną do objętości 250 ml. Obliczyć ph roztworu. M. m. HCl 36,461 g/mol odp. ph = 0,75 9 : ; 1,0726 6/:5 15 g HCl 93,23 ml x 10 ml E ; : 9 1006 93,23 :5 1,07266/:5 FG H I FJ KL M,N KL 1,6089 6 P5 1,6089 g HCl 250 ml x 1000 ml E F,QJRM H IFJJJ KL NGJ KL 6,4357 6 P5 36,461 g HCl 1 mol HCl 6,4357 g x E Q,UGV H IF KWL Q,UQF H 0,1765 :X5/5 ph = log [H + ] ph = log [0,1765] = 0,75 2. Analiza metodą Wardera wykazała, że do miareczkowania roztworu NaOH zanieczyszczonego Na 2 CO 3 wobec fenoloftaleiny zużyto 25,8 ml roztworu HCl o stężeniu 0,1045 mol/l, a wobec oranżu metylowego 5,2 ml tego kwasu. Obliczyć ile gramów NaOH i Na 2 CO 3 było w próbie? M. m. NaOH 40 g/mol, M. m. Na 2 CO 3 105,99 g/mol odp. NaOH 0,0861 g, Na 2 CO 3 0,0576 g Miareczkowanie wobec fenoloftaleiny NaOH + HCl NaCl + H 2 O Na 2 CO 3 + HCl NaHCO 3 a = 25,8 ml Miareczkowanie wobec oranżu metylowego NaHCO 3 HCl NaCl + H 2 CO 3 b = 5,2 ml Zużycie HCl na zobojętnienie NaOH a b = 25,8 ml 5,2 ml = 20,6 ml Zużycie HCl na zobojętnienie Na 2 CO 3 2b = 2 x 5,2 ml = 10,4 ml Obliczanie zawartości NaOH [g] w próbie 5

1000 ml 1 mol/l HCl 40 g/mol NaOH 20,6 ml 0,1045 mol/l x 20,6 :5 I0,1045:X5I1 :X5 I40 6/:X5 YZ 5 0,0861 6 1000 :5 I1 :X5/5 Całkowite zobojętnienie Na 2 CO 3 [g] w próbie Na 2 CO 3 + 2HCl 2NaCl + H 2 O CO 2 1000 ml 2 mol/l HCl 105,99 g/mol Na 2 CO 3 10,4 ml 0,1045 mol/l x 10,4 :5 I0,1045:X5I1 :X5 I105,99 6/:X5 YZ N P 5 0,0576 6 1000 :5 I2 :X5/5 3. Jaką wartość ma stała dysocjacji kwasu chlorooctowego, jeżeli ph tego roztworu o stężeniu 0,9980 mol/l wynosi 1,62? odp. K = 5,77 10 4 ph = log [H 3 O + ] 1,62 = log [H 3 O + ] [H 3 O + ] = 10 1,62 [H 3 O + ] = 0,02399 mol/l N \ I\ N I\ 0,02399 N 0,998 5,75 10U 0,998 5,77 10 U Uzasadnienie zastosowania uproszczonego wzoru prawa rozcieńczeń Oswalda \ 2 2 0,998 5,77 10U1730 ]400 4. Stopień dysocjacji oranżu metylowego (wskaźnik typu HIn) w roztworze kwaśnym wynosi 19 %. Jakie jest ph tego roztworu? pk a = 3,6 odp. ph = 2,97 HI + H 2 O H 3 O + + In [H 3 O + ] = α x c ^N E \ 1 ^ \ E ^ ^N \ 10,Q 10,Q E 0,19 2,5119 10U _2,5119 10 U E 0,19` 5,636 10 _0,19`N 0,0361 6

[H 3 O + ] = 0,19 x 5,636 10 3 = 1,0708 10 3 Katedra i Zakład Chemii Nieorganicznej i Analitycznej ph = log [1,0708 10 3 ] ph = 2,97 5. Jakie objętości roztworów amoniaku i NH 4 Cl, obu o stężeniu 0,5 mol/l należy zmieszać aby otrzymać 1 litr buforu o ph = 8,7. K b = 1,79 10 5 odp. 218 ml amoniaku i 782 ml NH 4 Cl ph + poh = 14 poh = 14 8,7 poh = 5,3 [OH ] = 10 poh [OH ] = 10 5,3 [OH ] = 5,0119 10 6 5,0119 10 Q 1,79 10 G 0,279 Stosunek stężeń mieszanych składników buforu wynosi 0,279 W celu uzyskania powyższej proporcji należy zmieszać: Wersja I: przyjmując [BH + ] = 0,5 mol NH 4 Cl wówczas [B] = 0,1395 mol NH 3 H 2 O lub Wersja II: przyjmując [B] = 0,5 mol NH 3 H 2 O 0,5 :X5 0,279 wówczas [BH + ] = 1,7921 mol NH 4 Cl rozwiązanie wersji I: 0,5 :X5 0,279 wyjściowe stężenie NH 4 Cl (0,5 mol/l ) 0,5 mol NH 4 Cl 1000 ml wyjściowe stężenie NH 3 H 2 O (0,5 mol/l) 0,5 mol NH 3 H 2 O 1000 ml 7

0,1395 mol x Łączna objętość buforu wynosiłaby: 1000 ml (NH 4 Cl) + 279 ml (NH 3 H 2 O) = 1279 ml buforu J,FMG KWL a FJJJ KL J,G KWL W celu przygotowania 1 L (1000 ml) buforu o ph 8,7 należy odmierzyć: 1000 ml NH 4 Cl 1279 ml buforu x 1000 ml buforu 279 ml NH 3 H 2 O 1279 ml buforu x 1000 ml buforu FJJJ KL a FJJJ KL FNVM KL NVM KL a FJJJ KL FNVM KL 279 :5 781,86 :5 b782 :5 Y U Cl 218,14 :5b218 :5 Y N 6. 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 = pk a log c a + log c s 25 g CH 3 COOH 96,84ml x 45 ml E 60,05 g CH 3 COOH 1 mol CH 3 COOH (d) 9 K 1,0326 6/:5 c ; : 9 1006 96,84 :5 1,03266/:5 NG H I UG KL MQ,RUKL 11,6171 g x E 11,6171 6 P P FF,QFVFH IF KWL QJ,JG H 0,1934 :X5 Obliczanie c a 0,1934 mol CH 3 COOH (45 ml + 630 ml) c a 1000 ml \ 2 J,FMU KWL IFJJJ KL QVG KL 0,2865 :X5/5 obliczanie c s 0,2150 mol CH 3 COONa 1000 ml x 630 ml E 0,13545 mol CH 3 COOH 675 ml c s 1000 ml \ d J,NFGJ KWL IQJ KL FJJJ KL pka = log K a pk a = log 1,74 10 5 pk a = 4,759 0,13545 :X5 J,FGUG KWL IFJJJ KL QVG KL 0,2007 :X5/5 8

ph = 4,759 log 0,2865 + log 0,2007 ph = 4,759 + 0,543 0,697 = 4,605 ph 4,60 Katedra i Zakład Chemii Nieorganicznej i Analitycznej 7. Odważkę wodoroftalanu potasu o masie 0,4331 g rozpuszczono w mieszaninie kwasu octowego i bezwodnika octowego, a następnie miareczkowano wobec fioletu krystalicznego roztworem kwasu chlorowego(vii) zużywając go 21,1 ml. Obliczyć stężenie molowe titrant. M. m. C 6 H 4 (COOH)COOK 204,23 g/mol odp. c = 0,1005 mol/l P P! P5 U e P P N! P5 U C Q H U _COOH`COO! K! P P N! P5 U e C Q H U _P`N! P P!! P5 U Kwas chlorowy(vii) reaguje z wodoroftalanem potasu w stosunku molowym 1:1 1000 ml 1 mol/l HClO 4 1 mol 204,23 g/mol C 6 H 4 (COOH)COOK 21,1 ml x 0,4331 g E 1000 :5 E 1 :X5 E 0,43316 5 0,1005 :X5/5 21,1 :5 E 1 :X5 E 204,236/:X5 8. 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 14,2453 g Na 2 B 4 O 7 10 H 2 O 500 ml YZ N U V! 2P5!5 N e4! 2YZP5 x 25 ml E FU,NUG H a NG KL GJJ KL 0,7123 6 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 Drugi sposób rozwiązania E 14,2453 g Na 2 B 4 O 7 10 H 2 O 500 ml 1000 :5 E 2 :X5/5 E 0,71236 29,5 :5 E 1 :X5 E 381,36/:X5 0,1266:X5 P5 5 x 1000 ml E 1 mol Na 2 B 4 O 7 10 H 2 O 381,3 g/mol x 28,4906 g E FU,NUG H a FJJJ KL GJJ KL F KWL a NR,UMJQ H RF, H/KWL = 28,4906 g 0,07472 KWL L YZ N U V N 9

lub oba roztwory reagują ze sobą zgodnie z proporcją: \ YZ N U V K a FJJJ c a h ; YZ N U V E \ YZ N U V ; P5 E \ P5 1 2 \ il 2 E ; YZ N U V E \ YZ N U V 1 E ; P5 2 E 25 :5 E 0,07472 :X5/5 1 E 29,5 :5 0,1266 :X5/5 10