60% ETAP II 27.01.2007 Zadanie labratryjne W prbówkach pisanych numerami 1-8 masz wdne rztwry dziesięciu sli, czyli dwa z tych rztwrów zawierają mieszaniny dwóch sli. Znajdują się w nich związki wymienine w lewej klumnie pniższej tabeli raz sle metali wymieninych w prawej klumnie (w nawiasach pdan stpień utlenienia metalu). arsenian(v) trisdu Na 3 AsO 4 fsfran(v) trisdu Na 3 PO 4 jdek ptasu KI mlibdenian(vi) diamnu (NH 4 ) 2 MO 4 tisiarczan(vi) disdu Na 2 S 2 O 3 antymn Sb(III) bizmut Bi(III) cyna Sn(II) łów Pb(II) srebr Ag(I) Rztwry sli antymnu, bizmutu, cyny, łwiu i srebra trzyman przez rztwrzenie tych metali w dpwiednich kwasach (chlrwdrwy, siarkwy(vi), aztwy(v)) i rzcieńczenie. Kwasu użyt w nadmiarze w stsunku d stechimetrycznej ilści rztwarzaneg metalu. Ptencjał standardwy antymnu jest niec wyższy niż wdru, ale rztwarzanie teg metalu w stężnym kwasie aztwym(v) prwadzi d pwstawania trudn rzpuszczalneg kwasu antymnweg(v). (Pdbnie zachwuje się cyna, która twrzy trudn rzpuszczalny kwas cynwy(iv)). Z teg względu antymn rztwrzn w kwasie nieutleniającym, w becnści wdy utleninej. Jedna mieszanina sli pwstała przez łączne rztwrzenie dwóch metali w tym samym kwasie. Mieszanina ta nie zawiera sli dwóch metali, które łatw hydrlizują z wytrąceniem 3 3 2 sadów. W skład drugiej mieszaniny sli wchdzą dwa z aninów: AsO 4, PO 4 lub MO 4. Na swim stanwisku masz d dyspzycji papierki wskaźnikwe, 10 prbówek, tryskawkę z wdą destylwaną pzbawiną chlrków raz trzy plietylenwe pipetki-zakraplacze. Na stanwisku zbirczym znajdują się rztwry kwasu aztweg(v), kwasu chlrwdrweg i wdrtlenku sdu stężeniach 2 ml/dm 3. Naczynia z rztwrami zapatrzne są w plietylenwe pipetki. Ptencjały standardwe metali wymieninych w treści zadania wynszą: E Sn 2 Sn = -0,14 V; E Pb 2 Pb = -0,13 V; E Sb 3 Sb = 0,21 V; E Bi 3 Bi = 0,23 V; E Ag Ag =0,80 V
Plecenia: a. Na pdstawie danych przedstawinych w zadaniu zaprpnuj, jakich kwasów mżna użyć d rztwrzenia pszczególnych metali 1 pkt. Przeanalizuj treść zadania i kreśl, jakie sle mgą się znajdwać w mieszaninach dczynie kwaswym, bjętnym, zasadwym. 1 pkt. b. Zbadaj dczyn rztwrów i przeprwadź inne próby prwadzące d identyfikacji sli występujących w prbówkach 1-8. Pdaj wyniki identyfikacji (pełne wzry lub nazwy wszystkich 10 sli) raz uzasadnienie na pdstawie dwóch reakcji dla każdej wykrywanej substancji. 17,5 pkt. c. Napisz w frmie jnwej równania reakcji rztwarzania metali w kwasach. 2,5 pkt. Napisz w frmie jnwej równania reakcji przeprwadznych w celu identyfikacji jnów, zaznaczając numery prbówek, których te reakcje dtyczą. 8 pkt. Suma punktów za zadanie labratryjne wynsi 30 Uwaga! Oszczędnie gspdaruj rztwrami, krzystaj z pipetek d dmierzania prcji cieczy. Ważne! Na 1 strnie arkusza rzwiązania przedstaw zestawienie wykrytych substancji w prbówkach 1-8. Opis rzwiązania prwadź starannie i czytelnie, pzstawiając dwucentymetrwy margines (zaginając kartkę). Prace nieczytelne mgą mieć bniżną punktację! Pamiętaj kniecznści zachwania zasad bezpieczeństwa w trakcie wyknywania analiz! Czas trwania zawdów: 270 min
ETAP II 27.01.2007 Rzwiązanie zadania labratryjneg Plecenie a. Rztwarzanie metali w kwasach. Pnieważ antymn i cyna rztwarzane w stężnym kwasie aztwym wydzielają trudn rzpuszczalne kwasy H 3 SbO 4 i H 2 SnO 3, metale te mżna rztwarzać w kwasie chlrwdrwym (antymn w becnści utleniacza) i siarkwym(vi). Jeżeli prduktem ma być sól cyny(ii), należy użyć kwasu chlrwdrweg, pnieważ w stężnym siarkwym(vi) cyna ulegnie utlenieniu d Sn(IV). Bizmut, srebr i łów rztwarzają się w kwasie aztwym(v) i stężnym siarkwym(vi), ale p rzcieńczeniu wypada trudn rzpuszczalny siarczan(vi) łwiu, dlateg metal ten należy rztwarzać tylk w kwasie aztwym(v). 5 0,2 pkt. = 1 pkt. Prawdpdbny skład mieszanin. Łatw hydrlizujące sle twrzą antymn, cyna i bizmut. W mieszaninach nie mgą więc znajdwać się jedncześnie Bi(III) i Sb(III) rzpuszczne w kwasie siarkwym raz Sb(III) i Sn(II) rzpuszczne w kwasie slnym. Mgą wystąpić następujące mieszaniny dczynie kwaśnym: sle Ag(I) i Pb(II), Ag(I) i Bi(III), Pb(II) i Bi(III) pwstałe przez rzpuszczenie metali w kwasie aztwym(v) raz Ag(I) i Bi(III) p rzpuszczeniu w kwasie siarkwym. Tlenwe aniny arsenu, mlibdenu i fsfru, jeśli dczyn rztwrów jest bjętny lub lekk zasadwy, mgą twrzyć trzy mieszaniny: arsenian(v) i fsfran(v), arsenian(v) i mlibdenian(vi), fsfran(v) i mlibdenian(vi). Gdyby dczyn rztwru był kwaśny, t tylk fsfran(v) i arsenian(v) mgłyby występwać w mieszaninie. Plecenie b. Przykładwy zestaw analizwanych rztwrów i punktacja Nr prbówki Substancje w rztwrze Identyfikacja Uzasadnienie 1 aztan(v) srebra AgNO 3 aztan(v) łwiu(ii) Pb(NO 3 ) 2 2 fsfran trisdu Na 3 PO 4 mlibdenian amnu (NH 4 ) 2 MO 4 3 jdek ptasu KI 4 arsenian(v) sdu Na 3 AsO 4 5 tisiarczan sdu Na 2 S 2 O 3 6 siarczan(vi) bizmutu Bi 2 (SO 4 ) 3 1,50 pkt. 1,00 pkt. 7 chlrek antymnu SbCl 3 1,50 pkt. 0,75 pkt. 8 chlrek cyny(ii) SnCl 2 1,50 pkt. 0,75 pkt. Identyfikacja substancji w prbówkach 6,7,8 jest wyżej ceniana ze względu na kniecznść wykrycia aninu. Badanie dczynu papierkiem wskaźnikwym Rztwry w prbówkach 1, 6, 7 i 8 mają dczyn silnie kwaśny, w prbówkach 3, 4 i 5 niemal bjętny a w prbówce 2 lekk alkaliczny. Mżna przypuszczać, że rztwry silnie kwaśne zawierają jny metali Sn(II), Bi(III) Sb(III), Pb(II) i Ag(I). Rztwór dczynie alkalicznym mże zawierać mlibdenian amnu, gdyż amniak stabilizuje ten rztwór. Rzcieńczanie wdą Rzcieńczanie wdą rztwrów silnie kwaśnych pzwli wykryć jny metali łatw hydrlizujące takie jak Sn(II), Bi(III) i Sb(III), a także kreślić, gdzie występują Ag(I) i Pb(II), nieulegające łatw hydrlizie.
D 1 cm 3 rztwrów z prbówek 1, 6, 7 i 8, ddan k. 2 cm 3 wdy. Zmętnienie pjawia się w prbówkach 6, 7 i 8, natmiast w prbówce 1 nie występuje. Tak więc w prbówce 1 mże być Ag(I) lub Pb(II) (alb bydwa) w pstaci aztanów. Działanie kwasem aztwym(v). Pd wpływem grzewania silnie kwaśnych rztwrów z kwasem aztwym(v) pjawia się zmętnienie spwdwane pwstawaniem kwasu cynweg(iv) i antymnweg(v). Bizmut(III) pzstaje niezmieniny. D 1 cm 3 rztwrów z prbówek 6, 7 i 8 ddan 2 cm 3 kwasu aztweg(v) i grzewan d częściweg dparwania rztwrów. Zmętnienie wystąpił w prbówce 7 i 8, a rztwór z prbówki 6 pzstał niezmieniny. Należy przypuszczać, że w prbówce 6 jest Bi(III) w pstaci aztanu(v) (nie wykluczając Ag(I) lub Pb(II)) bądź siarczanu(vi) (nie wykluczając Ag(I). D 1 cm 3 rztwrów z prbówek 2, 3, 4 i 5 ddan 2cm 3 kwasu aztweg(v) i pzstawin na pewien czas. Z rztwru w prbówce 2 wypadł szybk bfity, żółty sad, c mże sugerwać becnść jnów mlibdenianwych i fsfranwych lub arsenianwych. W prbówce 3 bserwwan żółknięcie rztwru bez wypadania sadu, c pzwala sądzić, że w prbówce tej znajduje się jdek ptasu. Rztwór 5 pwli mętniał d wydzielającej się siarki, c mże wskazywać na becnść tisiarczanu. Rztwór z prbówki 4 nie uległ zmianie, czyli prawdpdbnie znajduje się tu arsenian(v) lub fsfran(v). Działanie kwasem chlrwdrwym D 1 cm 3 rztwrów z prbówek 1 i 6 ddan 1 cm 3 kwasu chlrwdrweg, wytrząśnięt i pzstawin na kilka minut. Obfity sad wydzielił się jedynie w prbówce 1. Osad ten ciemnieje na świetle, c świadczy, że znajdują się tam jny Ag(I), nie wykluczając Pb(II). W prbówce 6 nie występuje ani Pb(II) ani Ag(I). Działanie rztwrem NaOH Działając rztwrem NaOH na rztwry dczynie bjętnym i alkalicznym mżna łatw wykryć jn NH 4, gdy papierek wskaźnikwy zbliżny d wyltu grzewanej prbówki barwi się na niebiesk. Takie zachwanie ma miejsce dla prbówki 2, c jednznacznie pzwala zidentyfikwać NH 4, a tym samym mlibdenian amnu. W wyniku reakcji jnów OH - z jnami metali pwstają sady wdrtlenków, w przypadku Pb(II), Sb(III) i Sn(II) rzpuszczalne w nadmiarze dczynnika strącająceg, w dróżnieniu d Bi(III), któreg wdrtlenek nie rzpuszcza się w nadmiarze NaOH. Wdrtlenek srebra jest nietrwały i szybk przekształca się w brunatny Ag 2 O. D 1 cm 3 rztwrów z prbówek 1, 6, 7 i 8 ddawan p krpli rztwór NaOH aż d wytrącenia sadu, p czym jeszcze p 2 cm 3. W prbówce 1 pwstający żółtawy sad p ddaniu nadmiaru NaOH zbrunatniał, c ptwierdza becnść Ag(I). Nie mżna wykluczyć becnści Pb(II), któreg wdrtlenek rzpuszcza się w nadmiarze dczynnika. Z rztwrami z pzstałych prbówek wytrącał się biały sad, jedynie w prbówce 6 pwstający sad nie rzpuścił się w nadmiarze dczynnika. Pzwala t stwierdzić, że Bi(III) jest w prbówce 6. Wykrycie Sn(II) Tetrahydrkscynian(II) sdu, pwstały przez rzpuszczenie wdrtlenku cyny(ii) w nadmiarze NaOH, redukuje wytrącny wdrtlenek bizmutu(iii) d metaliczneg bizmutu. Wytrącny sad wdrtlenku bizmutu (prbówka 6) pdzieln na dwie części i ddan d nich kilka krpli rztwrów pwstałych p rzpuszczeniu sadów wdrtlenków z prbówek 7 i 8. Pwstanie czarneg sadu w rztwrze z prbówki 8 świadczy becnści w nim Sn(II) ptwierdza becnść bizmutu w prbówce 6 i wskazuje na becnść Sb(III) w prbówce 7. Ptwierdzenie Sb(III) Antymn(III) reaguje z jdkiem ptasu (prbówka 3) z wytrąceniem żółteg sadu jdku, rzpuszczalneg w nadmiarze dczynnika z żółtym zabarwieniem. Wykrycie jdku ptasu Z badań dczynu rztwru raz działania kwasu aztweg wynika, że jdek ptasu mże być becny w prbówce 3. Jedynym utleniaczem w badanych rztwrach jest arsenian(v) trisdu, który mże występwać w prbówce 2 łącznie z M(VI) lub w prbówce 4. 2
D 1 cm 3 rztwru z prbówki 3 ddan kilka krpli kwasu chlrwdrweg a następnie kilka krpli rztwrów z prbówek 2 i 4. Rztwór 2 lekk zmętniał, natmiast rztwór 4 utwrzył brunatne zabarwienie. Z klei p ddaniu rztwru z prbówki 5, rztwór w prbówce 4 dbarwił się. Świadczy t, że w prbówce 3 znajduje się jdek ptasu. Klejnym wniskiem jest ptwierdzenie becnści w prbówce 5 tisiarczanu sdu, i przypuszczenie becnści w prbówce 4 arsenianu(v). Wykrywanie aninów Na pdstawie reakcji z NaOH mżna przypuszczać, że Ag(I) znajduje się w prbówce 1. Przeprwadzn rekcje teg rztwru z rztwrami z prbówek 2, 3, 4, 5, 6, 7 i 8. D 1 cm 3 tych rztwrów ddan kilka krpli rztwru z prbówki 1. Białe sady pwstały w prbówkach 6, 7, i 8. Osady ciemniały na świetle w prbówkach 7 i 8, c wskazuje na becnść chlrków. W prbówce 5 sad pczątkw rzpuszczał się, c tłumaczy becnść tisiarczanu. Osad w prbówce 6 był krystaliczny, dść bfity, sugerujący becnść jnów siarczanwych. Być mże w prbówce 1 bk srebra jest jeszcze becny łów. Wypadanie czekladweg sadu arsenianu(v) srebra ptwierdza becnść w prbówce 4 arsenianu(v) sdu, a w prbówce 1 aztanu(v) srebra. W prbówce 2 pwstaje białżółty sad, c mże świadczyć becnści fsfranów(v) (Ag 3 PO 4 jest żółty) i mlibdenianów (Ag 2 MO 4 jest biały), zaś w prbówce 3 pwstaje wyraźnie żółty sad (charakterystyczny raczej dla PbI 2, AgI jest bladżółty), z tym, że pwstający na pczątku sad ulega rzpuszczeniu i rztwór staje się bezbarwny. Ptwierdza t becnść jdku ptasu w prbówce 3. Sugeruje również sprawdzenie prbówki 1 na becnść Pb(II). Mżna wykrzystać ciecz znad sadu p strącaniu chlrków z prbówki 1. Ddanie d klarwneg rztwru kilku krpel rztwru z prbówki 3 pwduje wydzielenie żółteg sadu, c ptwierdza becnść Pb(II) w prbówce 1. Ołów mże być strącny za pmcą jnów siarczanwych(vi) z prbówki 6. Wytrącny biały krystaliczny sad nie rzpuszcza się w tisiarczanie sdu, c ptwierdza becnść siarczanów w prbówce 6 (wyklucza aztany) i łwiu w prbówce 1. Reakcje z jdkami Rztwór jdków niewielkim stężeniu wytrąca charakterystyczne sady AgI żółtawy, PbI 2 żółty, SbI 3 żółty, nikły sad, BiI 3 brunatny. Osady rzpuszczają się w rztwrze dużym stężeniu jdków, przy czym kmpleksy srebra i łwiu są bezbarwne, antymnu i bizmutu żółte. Cyna(II) daje żółtawe zabarwienie z jdkami przy ich znacznym stężeniu. D 1cm 3 rztwrów z prbówek 1, 6, 7 i 8 ddan krplę rztwru z prbówki 3. Obfity, żółty sad wydzielił się w prbówce 1, w prbówce 6 wydzielił się bfity, brunatny sad, żółty rztwór z niewielkim sadem pwstał w prbówce 7, a w rztwrze z prbówki 8 zmiana barwy była nieznaczna (niewielkie zżółknięcie rztwru). Ddatek z klei k.0,5 cm 3 rztwru z prbówki 3 spwdwał rzpuszczenie wydzielnych sadów, przy czym rztwór w prbówce 1 był bezbarwny, w 6 pmarańczwżółty, a w pzstałych prbówkach żółty. Nasuwa się wnisek: prbówka 1 zawiera Pb(II) i Ag(I), prbówka 6 - Bi(III), prbówka 7 - Sb(III), prbówka 8 zawiera cynę(ii). Plecenie c. Reakcje rztwarzania metali. Z treści zadania wynika, że rztwry sli Sb(III), Bi(III), Sn(II), Ag(I), i Pb(II) zawierają aniny tych kwasów, w których rztwrzn metale. 3Ag NO 3 4H 3 Ag NO 2H2O 2 2Bi 3 SO 4 12H 3 2 Bi 3SO2 6H 2 O 3Pb 2 NO 3 8H 2 3 Pb 2NO 4H2O Sn 2H Sn 2 H 2 Sn 2 2 4 Cl SnCl 4 2Sb 6H 3H 2 O 2 2Sb 3 6H 2 O Sb 3 4 Cl SbCl 4 Pprawnie zbilanswane reakcje z kwasem aztwym należy uznać również wtedy, gdy w prduktach pdany jest tlenek aztu(iv), zamiast tlenku aztu(ii). 3
Reakcje identyfikacji prbówka 1HCl Ag Cl AgCl prbówka 1HCl Pb 2 2 Cl PbCl2 prbówka 1NaOH 2Ag 2OH - Ag 2 O H 2 O prbówka 12 3Ag 3 PO 4 Ag3PO 4 prbówka 12 2Ag 2 MO 4 Ag2MO 4 prbówka 12 Pb 2 2 MO 4 Pb MO4 prbówka 12 3Pb 2 3 2 PO 4 Pb3(PO 4 ) 2 prbówka 13 Ag I AgI i AgI I AgI 2 prbówka 13 Pb 2 2 2 I PbI2 i PbI 2 2 I PbI 4 prbówka 14 3Ag 3 AsO4 Ag3AsO 4 prbówka 15 2Ag 2 2 O 3 Ag2S 2 O 3 i Ag 2 S 2 O 3 3 2 2 O 3 2 Ag(S ] 2 O3) 2 prbówka 15 Pb 2 2 2 O 3 PbS2O 3 i PbS 2 O 3 2 2 O 3 Pb(S ] 2 O3 ) 2 prbówka 16 Pb 2 2 SO 4 PbSO4 0,4 pkt. prbówka 17 i 18 Ag Cl AgCl prbówka 2HNO 3 3 2 PO 4 3 NH 4 12 MO 4 24H (NH 4 ) 3 [P(M 3 O 10 ) 4 ] 12H 2 O prbówka 36 Bi 3 3 I BiI3 i BiI 3 I BiI 4 prbówka 37 Sb 3 3 I SbI3 i SbI 3 I SbI 4 prbówka 34 3 AsO 4 2 I 2H 3 AsO3 I2 H 2 O prbówka 5 I 2 2 2 2 O 3 2 I 2 4 O 6 prbówka 5H 2 2 O 3 2H S SO 2 H 2 O prbówka 6H 2 O 3 2 2 Bi SO4 2H2O (BiO) 2 SO 4 4H (Prdukt hydrlizy sli bizmutu(iii) mże być też zapisany jak hydrkssól lub wdrtlenek.) prbówka 6NaOH 3 Bi 3 OH Bi(OH) 3 prbówka 7H 2 O SbCl 4 H2O SbOCl 2H 3 Cl prbówka 7NaOH _ SbCl 4 3 OH Sb(OH) 3 4 Cl i Sb(OH) 3 OH [ Sb(OH) 4 ] prbówka 8NaOH 2 2- SnCl 4 2 OH Sn(OH) 2 4 Cl i Sn(OH) 2 2 OH [ Sn(OH) 4 ] prbówka 6 2Bi 3 2 3 [ Sn(OH) 4 ] 6 OH 2Bi 3[ Sn(OH) ] 6 Pprawne jest każde inne senswne uzasadnienie identyfikacji. Pełna punktacja za uzasadnienie (zaprpnwana przy przykładwym zestawie substancji), przyznawana jest za ptwierdzenie identyfikacji, c najmniej dwiema bserwacjami. Liczba punktów za równania reakcji ptrzebne d identyfikacji każdej substancji nie mże przekraczać 0,8 pkt., punktacja za pjedyncze równanie reakcji nie mże przekraczać Jeżeli na daną próbę składają się dwie reakcje, jak np. wytrącanie sadu i rzpuszczanie g w nadmiarze dczynnika strącająceg, napisanie tylk jednej z tych reakcji pwinn być ceniane płwą punktów (0,2 pkt.). Jeśli nie zaznaczn, jakich prbówek dtyczy pdane równanie reakcji, mżna przyznać za nie jedynie płwę punktów. Punktacja: a. Za zaprpnwanie kwasów d rztwrzenia metali 5 0,2 pkt. = 1,0 pkt. Za zaprpnwanie składu mieszanin różnym dczynie 2 = 1,0 pkt. b. Za identyfikację 10 sli 7 1 pkt. 3 1,5 pkt. = 11,5 pkt. Za uzasadnienie identyfikacji 7 1 pkt. 2 0,75 pkt. = 6,0 pkt. c. Za równania reakcji rztwarzania metali w kwasach 5 0,5 pkt = 2,5 pkt. Za równania reakcji identyfikacji sli 10 0,8 pkt. = 8,0 pkt. RAZEM: 30,0 pkt. 4
5