Sbírka příkladů z teoretických základů analytické chemie Tomáš Křížek Karel Nesměrák

Transkript

1 UNIVERZITA KARLOVA Přírodovědecká fakulta Katedra analytické chemie Sbírka příkladů z teoretických základů analytické chemie Tomáš Křížek Karel Nesměrák Praha 2016

2

3 1 Protolytické rovnováhy 1.1 Vypočítejte ph roztoku kyseliny dusičné o koncentraci 1, mol dm 3. Jaký vliv má na přesnost výpočtu iontová síla roztoku. [ph = 3,00; se započtením iontové síly ph = 3,02] 1.2 Odvoďte odpovídající všeobecnou Brønstedtovu rovnici a s jejím použitím vypočítejte ph roztoku kyseliny octové o koncentraci 1, mol dm 3. pk a(ch 3COOH) = 4,75 [ph = 3,37] 1.3 Odvoďte odpovídající všeobecnou Brønstedtovu rovnici a s jejím použitím vypočítejte ph roztoku fenolu o koncentraci 1, mol dm 3. pk a(c 6H 5OH) = 9,98 [ph = 6,84] 1.4 Odvoďte odpovídající všeobecnou Brønstedtovu rovnici a s jejím použitím vypočítejte ph roztoku dimethylaminu o koncentraci 1, mol dm 3. pk b((ch 3) 2NH) = 3,02 [ph = 10,79]

4 1.5 Odvoďte odpovídající všeobecnou Brønstedtovu rovnici a s jejím použitím vypočítejte ph roztoku EDTA o koncentraci 1, mol dm 3. pk a, 1 = 1,99; pk a, 2 = 2,67; pk a, 3 = 6,18; pk a, 4 = 10,26 [ph = 2,08] 1.6 Odvoďte odpovídající všeobecnou Brønstedtovu rovnici a s jejím použitím vypočítejte ph roztoku octanu sodného o koncentraci 1, mol dm 3. pk a (CH 3COOH) = 4,75 [ph = 8,34] 1.7 Odvoďte odpovídající všeobecnou Brønstedtovu rovnici a s jejím použitím vypočítejte ph roztoku fosforečnanu draselného o koncentraci 1, mol dm 3. pk a, 1(H 3PO 4) = 2,12; pk a, 2(H 3PO 4) = 7,21; pk a, 3(H 3PO 4) = 12,32 [ph = 10,94] 1.8 Vypočítejte ph tlumivého roztoku obsahujícího 0,04 mol dm 3 NaH 2PO 4 a 0,02 mol dm 3 Na 2HPO 4. pk a, 1(H 3PO 4) = 2,12; pk a, 2(H 3PO 4) = 7,21; pk a, 3(H 3PO 4) = 12,32 [ph = 6,91] 1.9 Vypočítejte pufrační kapacitu tlumivého roztoku obsahujícího 0,04 mol dm 3 NaH 2PO 4 a 0,02 mol dm 3 Na 2HPO 4. pk a, 1(H 3PO 4) = 2,12; pk a, 2(H 3PO 4) = 7,21; pk a, 3(H 3PO 4) = 12,32 [β = 3, mol dm 3 ] 1.10 Vypočítejte ph roztoků, obsahujících následující látkovou koncentraci iontů H +, resp. OH a) 0,0016 mol dm 3 H + [ph = 2,80] b) mol dm 3 H + [ph =2,30] c) 0,075 mol dm 3 H + [ph = 1,12] d) 1,0 mol dm 3 H + [ph =0,0] e) 0,5 mol dm 3 OH [ph = 13,7]

5 f) 8, mol dm 3 OH [ph = 8,94] g) mol dm 3 OH [ph = 1,0] h) mol dm 3 OH [ph = 7,0] 1.11 Vypočítejte ph následujících roztoků a) 0,03 mol dm 3 H 2SO 4 [ph = 1,22] b) 0,2 mol dm 3 Ba(OH) 2 [ph = 13,60] c) 0,5 mol dm 3 H 2SO 4 [ph = 0,00] 1.12 Odvoďte odpovídající všeobecnou Brønstedtovu rovnici a s jejím použitím vypočítejte ph roztoku kyseliny kyanovodíkové o koncentraci 0,5 mol dm 3. pk a (HCN) = 9,30 [ph = 4,8] 1.13 Jaké je ph roztoku 1 g anilinu v 1000 ml vody? pk b(anilin) = 9,3 [ph = 8,37] 1.14 Kolik gramů benzoové kyseliny (pk a = 4,20) je třeba rozpustit na přípravu 2000 ml roztoku o ph = 2,85. [m = 7,716 g] 1.15 Kolik gramů chloridu amonného je třeba rozpustit na přípravu jednoho litru roztoku o ph = 5,50? pk b(nh 3) = 4,74; M(NH 4Cl) = 53,49 g mol 1 [m = 0,9735 g] 1.16 Jaké je ph 8 % octa. ρ = 1,0097 g ml 1 pk a (CH 3COOH) = 4,75 [ph = 2,31] 1.17 Kolika procentní je vodný roztok amoniaku o ph = 10,5. pk b(nh 3) = 4,74 [9, %]

6 1.18 Vypočítejte ph roztoku vzniklého smísením 150 ml roztoku amoniaku o koncentraci 0,040 mol dm 3 a 300 ml roztoku kyseliny chlorovodíkové o koncentraci 0,015 mol dm 3. pk b(nh 3) = 4,74 [ph = 8,77] 1.19 Vypočítejte ph pufru vzniklého rozpuštěním 0,12 g hydroxidu sodného ve 100 ml roztoku valerové kyseliny o koncentraci 0,050 mol dm 3. pk a(ch 3 (CH 2) 3COOH) = 4,84; M(NaOH) = 40,00 g mol 1 [ph = 5,02] 1.20 Vypočtěte ph následujících roztoků a) 1 g CH 3COONa ve 200 ml roztoku [ph = 8,77] b) 1 g NH 4NO 3 ve 200 ml roztoku [ph = 5,23] c) 1 g HCl ve 150 ml roztoku [ph = 0,74] d) 0,02 mol dm 3 KCN [ph = 10,8] e) 0,7 mol dm 3 NH 4Cl [ph = 4,7] f) 0,03 mol dm 3 C 2H 5NH 3Cl [ph = 6,13] g) 0,01 mol dm 3 K 2CO 3 [ph = 11,13] h) 0,01 mol dm 3 KHCO 3 [ph = 8,31] 1.21 Vypočítejte ph roztoků, obsahujících následující směsi a) 0,1 mol dm 3 NH 3 + 0,2 mol dm 3 NH 4Cl [ph =8,95] b) 0,1 mol dm 3 CH 3COOH + 0,2 mol dm 3 CH 3COONa [ph = 5,06]

7 2 Srážecí rovnováhy 2.1 Jaký je součin rozpustnosti fosforečnanu stříbrného, je-li k rozpuštění jednoho gramu této sloučeniny potřeba 133 litrů destilované vody. M(Ag 3PO 4) = 418,576 g mol 1 [K s(ag 3PO 4) =2, ] 2.2 Ve 250 ml nasyceného roztoku síranu barnatého je rozpuštěno právě 0,607 mg této látky. Vypočítejte součin rozpustnosti této soli. M(BaSO 4) = 233,39 g mol 1 [K s(baso 4) = 1, ] 2.3 V jakém objemu vody se rozpustí právě jeden gram sulfidu rtuťnatého. M(HgS) = 232,65 g mol 1 K s(hgs) = 5, [V = 1, km 3 ] 2.4 Vypočítejte součiny rozpustnosti následujících látek z údajů o jejich rozpustnosti a) 17,8 mg BaCO 3 (M = 197,37 g mol 1 ) v 1000 ml nasyceného roztoku [K s = 8, ] b) 6,06 mg MgNH 4PO 4 (M = 137,34 g mol 1 ) v 700 ml nasyceného roztoku [K s =2, ] c) 1, g AgI (M = 234,77 g mol 1 ) v 1000 ml nasyceného roztoku [K s =4, ]

8 d) 0,2608 g Ag 2CrO 4 (M = 331,77 g mol 1 ) v 6 litrech nasyceného roztoku [K s =8, ] e) 4,2 mg PbCl 2 (M = 278,1 g mol 1 ) v 1 ml nasyceného roztoku [K s =1, ] f) 0,165 mg Pb 3(PO 4) 2 (M = 811,58 g mol 1 ) v 1200 ml nasyceného roztoku [K s =1, ] g) 3, g Hg 2CI 2 (M = 472,09 g mol 1 ) ve 100 ml nasyceného roztoku [K s =1, ] h) 1, mol dm 3 Mg 2+ (M = 472,09 g mol 1 ) v 1000 ml nasyceného roztoku MgF 2 [K s =6, ] ch) 0,1595 g F (M = 19 g mol 1 ) v 2000 ml nasyceného roztoku PbF 2 [K s =3, ] 2.5 Vypočítejte molární rozpustnost AgCl v 0,01 mol dm 3 KNO 3 a v 0,01 mol dm 3 KCl. K s(agcl) = [1, mol dm 3 ; 2, mol dm 3 ] 2.6 Kolik mg thallia (M = 204,37 g mol 1 ) přejde do roztoku, jestliže sraženina chromanu thalného byla na filtru třikrát promyta 50 ml vody (předpokládejte, bylo vždy dosaženo rovnováhy mezi tuhou fází a roztokem) K s(tl 2CrO 4) = 9, [1,91 mg] 2.7 Vypočítejte rozpustnost Al(OH) 3 při ph = 4,00 K s (Al(OH) 3)= [ mol dm 3 ] 2.8 Vypočítejte ph, při němž se z 0,1 mol dm 3 roztoku iontů Fe 3+, resp. iontů Mg 2+, začínají vylučovat jednotlivé hydroxidy. K s(fe(oh) 3) = K s(mg(oh) 2) = 1, [ph = 1,43, resp. ph = 9,02]

9 2.9 Jaká koncentrace Mg 2+ v mol dm 3 může existovat v roztoku, který obsahuje 0,5 mol dm 3 NH 4Cl a 0,1 M NH 3? K a(nh 4+ ) = 5, K s(mg(oh) 2) = 1, [0,85 mol dm 3 ] 2.10 Kolik molů amonné soli musí být v 1 litru roztoku, který obsahuje 0,1 mol Mg 2+ a 0,6 mol NH 3, aby nedošlo k vysrážení Mg(OH) 2 K a(nh 4+ ) = 5, K s(mg(oh) 2) = 1, [1,03 mol]

10 3 Oxidačně-redukční rovnováhy 3.1 Určete směr oxidačně-redukční reakce 2 Fe I 2 Fe 2+ + I 2 E (I 2/2I ) = + 0,620 V E (Fe 3+ /Fe 2+ ) = + 0,771 V [zleva doprava] 3.2 Vypočtěte rovnovážnou konstantu reakce (při 25 C) 6 Br + Cr 2O H + 3 Br Cr H 2O E (Br 2/2Br ) = + 1,098 V E (Cr 2O 7 2 /2 Cr 3+ ) = + 1,360 V [K = 1, ] 3.3 Vypočítejte potenciál bodu ekvivalence při titraci iontů Cr 2+ jodometricky. E (I 2/2I ) = + 0,620 V E (Cr 3+ /Cr 2+ ) = 0,410 V [E BE = + 0,277 V]

11 3.4 Nakreslete průběh titračních křivek (do jednoho grafu) při cerimetrické titraci a) 20 ml 0,01 mol dm 3 roztoku Sn 2+ b) 20 ml 0,01 mol dm 3 roztoku Fe 2+ odměrným roztokem 0,01 mol dm 3 Ce(SO 4) 2. Vypočítejte důležité body a správně je vyznačte. E f (Ce 4+ /Ce 3+ ) = 1,610 V E f (Fe 3+ /Fe 2+ ) = 0,771 V E f (Sn 4+ /Sn 2+ ) = 0,150 V 3.5 Jaké napětí naměříme mezi platinovou a nasycenou kalomelovou elektrodou (E SCE = 241 mv), jsou-li obě elektrody ponořeny v roztoku obsahujícím 1,5 g l 1 chloridu cínatého a 2,0 g l 1 chloridu ciničitého. E (Sn 4+ /Sn 2+ ) = 0,154 V M(SnCl 2) = 189,62 g mol 1 M(SnCl 4) = 260,52 g mol 1 [ 0,087 V] 3.6 Jaký je redoxní potenciál nasycené merkurosulfátové elektrody: Hg 0 (l) Hg 2SO 4(s) K 2SO 4(nasyc.), je-li rozpustnost síranu draselného při 25 C 11,1 g/100 g vody. Hustota nasyceného roztoku je 1,09 g ml 1. Pro aktivitní koeficient síranového aniontu v nasyceném roztoku K 2SO 4 použijte hodnotu 0,0627. E (Hg 2+ 2 /2Hg 0 ) = 0,792 V pk s(hg 2SO 4) = 6,13 M(K 2SO 4) = 174,26 g mol 1 [E = 0,651 V]

12 3.7 Spočítejte formální redoxní potenciál redoxního systému MnO 4 /Mn 2+ v roztoku o a) ph = 1,00 b) ph = 4,00 E (MnO 4- /Mn 2+ ) = 1,51 V [a) E f (MnO 4- /Mn 2+ ) = 1,415 V; b) E f (MnO 4- /Mn 2+ )= 1,131 V] 3.8 Jaký bude rovnovážný redoxní potenciál a rovnovážná koncentrace MnO 4 v roztoku vzniklém rozpuštěním 0,1 g KMnO 4 ve 100 ml 0,05 M roztoku Fe 2+ pufrovaného na ph = 1,00. M(KMnO 4) = 158,03 g mol 1 E f (Fe 3+ /Fe 2+ ) = 0,771 V E f (MnO 4 /Mn 2+ ) = 1,42 V [E = 0,785 V; [MnO 4- ] = 1, ] 3.9 Jaký bude rovnovážný redoxní potenciál stříbrné elektrody ponořené do a) roztoku AgNO 3 o koncentraci 0,01 mol dm -3 b) stejného roztoku obsahujícího navíc EDTA o koncentraci 0,05 mol dm 3? E (Ag + /Ag 0 ) = 0,799 V log β (AgY 3 ) = 7,32 [a) E = 0,681 V b) E = 0,330 V]

13 4 Komplexotvorné rovnováhy 4.1 Vypočítejte rovnovážnou koncentraci kovových iontů v následujících roztocích a) 1,666 g Al 2(SO 4) 3.18H 2O (M = 666,41 g mol 1 ) bylo rozpuštěno ve 100,00 ml vody, smíseno s 50,00 ml roztoku EDTA o koncentraci 0,1 mol dm 3 a zředěno na celkový objem 200,00 ml log β(aly ) = 16,13 [[Al 3+ ] = 1, ] b) 0,828 g Pb(NO 3) 2 (M = 331,2 g mol 1 ) bylo rozpuštěno ve 100,00 ml vody a smíseno se 125,00 ml roztoku EDTA o koncentraci 0,02 mol dm 3 log β(pby ) = 18,0 [[Pb 2+ ] = 1, ] 4.2 Nakreslete přibližný průběh distribučního diagramu komplexotvorného systému, kde postupně vznikají komplexy ML a ML 2. K 1 = 10 9 β 2 = Vypočítejte hodnotu podmíněné konstanty chelátu Ni II EDTA v 0,1 mol dm 3 amoniakálním pufru ph = 9,35. log β(ni II -EDTA) = 18,6 log α(edta(h)) = 1,0 log α(ni(nh 3)) = 4,2 [β''(niii-edta) = 10 13,4 ]

14 4.4 Vypočítejte koncentraci všech přítomných chlorokomplexů kadmia v roztoku obsahujícím 1 mol dm 3 kyseliny chlorovodíkové a 0,01 mol dm 3 dusičnanu kademnatého. log K 1 = 1,32 log K 2 = 0,90 log K 3 = 0,09 log K 4 = 0,45 [[Cd 2+ ] = 2, mol dm 3, [[CdCl] + ] = 4, mol dm 3, [[CdCl 2]] = 3, mol dm 3, [[CdCl 3] ] = 4, mol dm 3, [[CdCl 4] 2 ] = 1, mol dm 3 ] 4.5 Vypočítejte procentuální zastoupení komplexu ML a komplexu ML 2 při koncentraci ligandu [L] = 1, mol dm 3. log K 1 = 3,5 log K 2 = 2,5 [ML = 58,7 %, ML 2 = 29,7 %] 4.6 Kolik ml roztoku EDTA o koncentraci 0,1 mol dm 3 je zapotřebí k rozpuštění 1 g síranu vápenatého. pk s (CaSO 4) = 5,0 log β(cay 2 ) = 10,6 M(CaSO 4) = 136,14 g mol 1 [73,5 ml] 4.7 Kolik gramů sulfidu olovnatého se rozpustí v 1 litru roztoku EDTA o koncentraci 0,1 mol dm 3. pk s (PbS) = 26,6 log β(pby 2 ) = 18,3 M(PbS) = 239,30 g mol 1 [5,4 mg]

15

16