Analiza ilociowa Przykadowe zadania z rozwizaniami Zadanie 1

Analiza ilościowa Przykładowe zadania z rozwiązaniami

Zadanie 1 z rozwiązaniem v Białe złoto stosowane w jubilerstwie jest stopem złota i niklu (są stosowane również domieszki innych metali). W celu ustalenia procentowego udziału Au i Ni w stopie na odważkę 2 g sproszkowanego stopu Au i Ni podziałano rozcieńczonym kwasem azotowym(V). Zebrany bezbarwny, bezwonny, plany gaz (warunki normalne) zajął objętość 0, 19 dm 3. v Ustal procentowy udział mas Au i Ni w stopie białego złota. v Analiza i założenia do zadania: Ø złoto nie reaguje z HNO 3, natomiast nikiel w reakcji z rozcieńczonym kwasem wypiera wodór z kwasu: Ø Ni + 2 HNO 3 Ni(NO 3)2 + H 2 ü 1 mol + 2 mol 1 mol + 1 mol ü 59 g + 2 mol 1 mol + 22, 4 dm 3

Zadanie 1 z rozwiązaniem / cd Ø obliczenie masy niklu i złota w stopie: ü 59 g Ni ----- 22, 4 dm 3 H 2 x ----- 0, 19 dm 3 H 2 ------------------x = 0, 5 g Ni ü m. Au = 2 g – m. Ni = 2 g – 0, 5 g = 1, 5 g Ø obliczenie procentowego udziału mas niklu i złota w stopie: ü 2, 00 g ----- 100 % ü 2, 00 g ---- 100 % 0, 50 g Ni ----- x 1, 50 g Au ----- x --------------------------x = 25 % x = 75 %

Zadanie 2 z rozwiązaniem v W jubilerstwie najczęściej stosuje się złoto 14 -karatowe, które jest stopem złota i miedzi. Na odważkę 1 g sproszkowanego stopu Au i Cu podziałano stężonym kwasem azotowym(V). Zebrany brunatny gaz o duszącej woni (warunki standardowe) zajął objętość 324 cm 3. v Ustal procentowy udział masy miedzi w stopie złota 14 -karatowego. v Analiza i założenia do zadania: Ø złoto nie reaguje z HNO 3, natomiast miedź reaguje z stężonym kwasem azotowym, który ulega częściowemu rozkładowi do tlenku azotu(IV): Ø Cu + 4 HNO 3 Cu(NO 3)2 + 2 NO 2 + 2 H 2 O ü 1 mol + 4 mol 1 mol + 2 mol ü 63, 5 g + 4 mol 1 mol + 2 ∙ 22, 4 dm 3 + 2 mol

Zadanie 2 z rozwiązaniem / cd Ø obliczenie liczby moli otrzymanego gazu: ü p = 1000 h. Pa, T = 298 K, R = 83, 1 dm 3∙h. Pa∙K-1∙mol-1, V = 0, 324 dm 3, Ø obliczenie masy i procentowego udziału masy miedzi w stopie 14 -karatowego złota: ü 63, 5 g Cu ---- 2 mol NO 2 ü 1 g Cu ------- 100% x -----0, 01308 mol NO 2 0, 415 g Cu ------- x ----------------------------x = 0, 415 g Cu x = 41, 5 %

Zadanie 3 z rozwiązaniem v Kopalina - rudy żelaza zawiera 87 % węglanu żelaza(II), resztę stanowią domieszki, którymi może być tlenek krzemu(IV) lub węglan wapnia lub mieszaninę tych związków. W trakcie prażenia próbka rudy straciła 38, 72% swojej masy. v Ustal, jaki związek stanowił domieszkę rudy żelaza. v Analiza i założenia do zadania: Ø Fe. CO 3 Fe. O + CO 2 ü 1 mol + 1 mol ü 116 g 1 mol + 44 g Ø Ca. CO 3 Ca. O + CO 2 ü 1 mol + 1 mol ü 100 g 1 mol + 44 g ü Si. O 2 nie ulega rozkładowi

Zadanie 3 z rozwiązaniem / cd Ø ubytek masy wynika wyłącznie ubytku CO 2 z węglanu żelaza(II) lub z węglanu żelaza(II) i węglanu wapnia, Ø przyjęto, że masa odważki rudy wynosi 100 g: ü m. Fe. CO 3 = 0, 87 ∙ 100 g = 87 g ü m. CO 2 = 0, 3872 ∙ 100 g = 38, 72 g Ø obliczenie ubytku masy w wyniku rozkładu Fe. CO 3: ü 116 g Fe. CO 3 ----- 44 g CO 2 ü x = 33 g CO 2 87 g Fe. CO 3 ----- x Ø obliczenie masy CO 2 w wyniku rozkładu Ca. CO 3: ü ∆m. CO 2 = 38, 72 g – 33 g = 5, 72 g Ø obliczenie masy domieszki Ca. CO 3 i Si. O 2: ü 100 g Ca. CO 3 ---- 44, 00 g CO 2 x ≈ 13 g Ca. CO 3 x ---- 5, 72 g CO 2 ü m. Si. O 2 = 100 g – m. Fe. CO 3 – m. Ca. CO 3 = 100 g – 87 g – 13 g = 0 g

Zadanie 4 z rozwiązaniem v Dolomit – mineralny nawóz wapniowo – magnezowy stosowany w produkcji roślinnej na gleby o odczynie kwasowym. Próbkę nawozu o masie 10 g rozdrobniono i sporządzono zawiesinę wodną, którą przesączono. Masa osadu po przepłukaniu i osuszeniu zmalała o 8 %. Osad roztworzono w HCl(aq) a zebrany gaz (warunki normalne) zajął objętość 2, 24 dm 3. v Oblicz stosunek molowy węglanów w dolomicie. v Analiza i założenia do zadania: Ø Mg. CO 3 + 2 HCl Mg. Cl 2 + H 2 O + CO 2 ü 1 mol + 2 mol 1 mol + 1 mol ü 84 g + 2 mol 1 mol + 22, 4 dm 3 Ø Ca. CO 3 + 2 HCl Ca. Cl 2 + H 2 O + CO 2 ü 1 mol + 2 mol 1 mol + 1 mol ü 100 g + 2 mol 1 mol + 22, 4 dm 3 Ø zanieczyszczenia nie reagują z kwasem

Zadanie 4 z rozwiązaniem / cd Ø ü ü ü Ø ü obliczenie liczby moli węglanów w próbce 9, 2 g: m. Ca. CO 3 + m. Mg. CO 3 = 10 g – 0, 08 ∙ 10 g = 9, 2 g x – liczba moli Ca. CO 3 i CO 2 otrzymanego z tego węglanu, y – liczba moli Mg. CO 3 i CO 2 otrzymanego z tego węglanu, VCO 2 = 2, 24 dm 3 to n. CO 2 = 0, 1 mol x ∙ 100 g/mol + y ∙ 84 g/mol = 9, 2 g x + y = 0, 1 mol ü x = 0, 1 mol – y (0, 1 mol – y) ∙ 100 g/mol + y ∙ 84 g/mol = 9, 2 g 10 g – 100 g/mol ∙ y + 84 g/mol ∙ y = 9, 2 g - 16 g/mol ∙ y = - 0, 8 g y = 0, 05 mol = n. Mg. CO 3 x = 0, 1 mol – y = 0, 1 mol – 0, 05 mol = n. Ca. CO 3 obliczenie stosunku molowego: n. Mg. CO 3 : n. Ca. CO 3 = 0, 05 mol : 0, 05 mol = 1 : 1

Zadanie 5 z rozwiązaniem v W wodzie przeznaczonej dla celów konsumpcyjnych / spożywczych wg norm zawartość jonów chlorkowych nie powinna przekroczyć 300 mg/dm 3, nowe planowane normy dopuszczają 250 mg/dm 3. W trakcie analizy próbki wody o objętości 25 cm 3 w celu wytrącenia anionów chlorkowych zużyto 18 cm 3 roztworu wodnego zwierającego kationy srebra o stężeniu 0, 01 mol/dm 3. v W oparciu o powyższe informacje i odpowiednie obliczenia oceń przydatność wody dla celów konsumpcyjnych. W obliczeniach pomiń iloczyn rozpuszczalności. v Analiza i założenia do zadania: Ø Cl- + Ag+ ↓Ag. Cl ü 1 mol + 1 mol ü 35, 5 g + 108 g 1 mol

Zadanie 5 z rozwiązaniem / cd Ø obliczenie masy kationów Ag+ w titrancie - mianowany roztwór azotanu(V) srebra: ü m. Ag+ = Vr ∙ Cm ∙ MAg+ = 0, 018 dm 3 ∙ 0, 01 mol/dm 3 ∙ 108 g/mol ü m. Ag+ = 0, 01944 g = 19, 44 mg Ø obliczenie masy anionów chlorkowych w analicie – analizowanym roztworze o objętości 50 cm 3: ü 35, 5 mg Cl- ------ 108 mg Ag+ ü x = 6, 39 mg = m. Clx ------ 19, 44 g Ag+ Ø obliczenie masy anionów chlorkowych zwartych w 1 dm 3 analitu / wody: ü 25 cm 3 H 2 O ----- 6, 39 mg Clü x = 255, 6 mg Cl 1000 cm 3 ------ x Ø woda spełnia obowiązujące normy jakościowe (< 300 mg/dm 3) ale nie spełni norm planowanych (> 250 mg/dm 3).

Zadanie 6 z rozwiązaniem v W krajach UE dopuszczalna zawartość fenolu w wodzie pobieranej z ujęcia do uzdatniania wynosi 0, 1 mg/dm 3 gdy stacja uzdatniania stosuje jest w filtry z węglem aktywnym. W przypadku braku filtrów dopuszczalna zawartość fenolu nie może przekraczać 0, 005 mg/dm 3. W celu określenia zawartości fenolu stosuje się mianowany roztwór wody bromowej – titrant , którym mianuje się próbki wody. Do próbki wody - analitu o objętości 200 cm 3 zagęszczonego do 20 cm 3 dodawano z biurety kroplami roztwór wody bromowej o stężeniu 0, 01% do momentu odbarwienia ostatniej kropli titranta, którego zużyto 3 cm 3 o gęstości 1, 0 g/cm 3. v W oparciu o powyższe informacje i odpowiednie obliczenia oceń przydatność wody dla uzdatniania w stacjach wyposażonych w filtry węglowe i dla stacji bez tych filtrów.

Zadanie 6 z rozwiązaniem /cd v Analiza i założenia do zadania: Ø produkty reakcji są bezbarwne: Ø C 6 H 5 -OH + 3 Br 2(aq) C 6 H 2 Br 3 -OH + 3 HBr ü 1 mol + 3 mol ü 94 g + 3 ∙ 160 g 1 mol + 3 mol Ø obliczenie masy bromu zawartego w 3 cm 3 titranta o stężeniu 0, 01% i gęstości 1, 0 g/cm 3: Ø obliczenie masy fenolu w próbce analitu o objętości 50 cm 3: Ø 94 g fenolu ----- 480 g Br 2 ü x = 0, 000019583 g x ----- 0, 0001 g Br 2 x ≈ 0, 0196 mg fenolu

Zadanie 6 z rozwiązaniem /cd Ø obliczenie masy fenolu w 200 cm 3 analitu zagęszczonego do 20 cm 3: ü 200 cm 3 wody ----- 0, 0196 mg fenolu 1000 cm 3 wody ----x ------------------------x = 0, 098 mg fenolu w 1 dm 3 wody Ø woda spełnia normy dla stacji uzdatniania wyposażonych w filtry z węglem aktywnym: ü zawartość fenolu < 0, 1 mg/dm 3 wody, Ø woda nie spełnia normy dla stacji uzdatnia nie dysponującymi filtrami z węglem aktywnym: Ø zawartość fenolu > 0, 005 mg/dm 3 wody.

Zadanie 7 z rozwiązaniem v Informacja do zadania: Ø skala twardości wody w mg Ca. CO 3 / 1 dm 3 wody Bardzo miękka < 75 Miękka 75 - 150 Średnio twarda Twarda 150 - 300 - 500 Bardzo twarda > 510 v Dwie różne próbki wody o objętości 50 cm 3 poddano analizie ich twardości (w założeniu, że w wodzie wstępują Ca 2+ ( na twardość ogólną wody wpływają również kationy magnezu, żelaza i chrom). Pierwszą próbkę analizowano z zastosowaniem ortofosforanu(V) sodu. Otrzymany osad przemyto, odsączono i osuszono a jego masa wyniosła 15 mg. W przypadku drugiej próbki zastosowano węglan sodu. Otrzymany osad przemyto, odsączono i osuszono a jego masa wyniosła 30 mg.

Zadanie 7 z rozwiązaniem / cd v Dokonaj odpowiednich przeliczeń i zaklasyfikuj próbki wody do odpowiednej klasy twardości. W przeliczeniach pomiń KSO otrzymanych osadów. v Analiza i złożenia do zadania: Ø 3 Ca 2+ + 2 PO 43 - Ca 3(PO 4)2 ↓ ü 3 mol + 2 mol 1 mol ü 3 ∙ 40 g + 2 mol 310 g Ø Ca 2+ + CO 32 - Ca. CO 3 ↓ ü 1 mol + 1 mol ü 40 g + 1 mol 100 g Ø obliczenie mas Ca 2+ w próbkach o objętości 50 cm 3: ü 120 g Ca 2+--- 310 g Ca 3(PO 4)2 ü 40 g Ca 2+ --- 100 g Ca. CO 3 x --- 0, 015 g Ca 3(PO 4)2 x --- 0, 03 g Ca. CO 3 ----------------------------------x = 5, 81 mg Ca 2+ x = 12 mg Ca 2+

Zadanie 7 z rozwiązaniem / cd Ø obliczenie mas kationów Ca 2+ w 1 dm 3 próbek wody: ü 50 cm 3 ---- 5, 81 mg Ca 2+ ü 50 cm 3 ---- 12 mg Ca 2+ 1000 cm 3 ---x --------------------------------x = 116, 2 mg Ca 2+ x = 240 mg Ca 2+ Ø przeliczenie mas kationów Ca 2+ w analizowanych próbkach wody na masy węglanu wapnia w 1 dm 3 próbek wody: ü 40 mg Ca 2+ --- 100 mg Ca. CO 3 ü 40 mg Ca 2+--- 100 mg Ca. CO 3 116, 2 mg Ca 2+--- x 240 mg Ca 2+--- x ---------------------------------x = 290, 5 mg Ca. CO 3 x = 600 mg Ca. CO 3 Ø próba wody należy do klasy średnio twardej bardzo twardej

Zadanie 8 z rozwiązaniem v W celu ustalenia składu mieszaniny kwasu metanowego i butanowego zobojętniono jej próbkę o masie 1, 94 g za pomocą 30 cm 3 roztworu Na. OH o stężeniu 1 mol/dm 3. v Oblicz skład mieszaniny w procentach masowych. v Analiza i założenia do zadania: Ø HCOOH + Na. OH HCOONa + H 2 O ü 1 mol + 1 mol ü 46 g + 1 mol Ø C 3 H 7 COOH + Na. OH C 3 H 7 COONa + H 2 O ü 1 mol + 1 mol ü 88 g + 1 mol Ø liczba moli Na. OH w roztworze: ü n. Na. OH = Vr ∙ Cm = 0, 03 dm 3 ∙ 1 mol/dm 3 = 0, 03 mol

Zadanie 8 z rozwiązaniem / cd Ø x – liczba moli kwasu metanowego i moli Na. OH zużytego na jego zobojętnienie, Ø y – liczba moli kwasu butanowego i moli Na. OH zużytego na jego zobojętnienie Ø obliczenie liczby moli kwasów w mieszaninie: ü x ∙ 46 g/mol + y ∙ 88 g/mol = 1, 94 g ü x + y = 0, 03 mol ü x = 0, 03 mol - y ü (0, 03 mol – y) ∙ 46 g/mol + y ∙ 88 g/mol = 1, 94 g ü 1, 38 g – 46 g/mol ∙ y + 88 g/mol ∙ y = 1, 94 g ü 42 g/mol ∙ y = 0, 56 g ü y ≈ 0, 0133 mol = ü x = 0, 03 mol – 0, 0133 mol = = n. C 3 H 7 COOH = 0, 0167 mol = n. HCOOH

Zadanie 8 z rozwiązaniem / cd Ø ü ü Ø obliczenie masy kwasów w mieszaninie: m. HCOOH = 0, 0167 mol ∙ 46 g/mol = 0, 7682 g ≈ 0, 768 g m. C 3 H 7 COOH = 0, 0133 mol ∙ 88 g/mol = 1, 1704 g ≈ 1, 170 g obliczenie procentowego udziału mas kwasów w mieszaninie: ü 1, 940 g mieszaniny ----- 100 % 0, 768 g HCOOH -----x ---------------------x = 39, 59% HCOOH ü 1, 940 g mieszaniny ----- 100 % 1, 170 g C 3 H 7 COOH ----x ---------------------x = 60, 31% C 3 H 7 COOH

Zadanie 9 z rozwiązaniem v W analityce medycznej do oznaczenia zawartości szczawianów w moczu (choroba nerek) zastosowanie ma reakcja strąceniowa / wytrącenie białego krystalicznego osadu: -OOC-COO- + Ca 2+ Ca(COO)2↓. Stężenie molowe anionów szczawianowych w moczu nie powinna przekroczyć 2, 5 ∙ 10 -4 mol/dm 3. Próbkę moczu o objętości 2 dm 3 zagęszczono do 100 cm 3 i z użyciem Ca. Cl 2 wytrącono osad szczawianu wapnia o masie 70 mg. v Oblicz stężenie molowe kwasu szczawiowego w moczu i oceń czy ilość szczawianów w moczu spełnia jego normy. v Analiza i założenia do zadania: Ø HOOC-COOH + Ca. Cl 2 Ca(COO)2↓ + 2 HCl ü 1 mol + 1 mol ü 90 g + 1 mol 128 g + 2 mol

Zadanie 9 z rozwiązaniem /cd Ø obliczenie liczby moli szczawianu wapnia w objętości 2 dm 3: ü n. Ca(COO)2 = 140 mg : MCa(COO)2 = 70 mg : 128 000 mg/mol ≈ ≈ 0, 00055 mol ü jest to równoznaczne z liczbą moli anionów szczawianowych w objętości 2 dm 3 moczu, Ø obliczenie stężenia molowego anionów szczawianowych w moczu: Ø stężenie molowe anionów szczawianowych w moczu przekracza stężenie molowe mieszczące się w normie.

Zadanie 10 z rozwiązaniem v Do zmiareczkowania 25 cm 3 analitu - roztworu wodorotlenku potasu o zużyto 15 cm 3 titranta – roztworu kwasu chlorowodorowego o stężeniu 2, 5 mol/dm 3. Titrant dodawano z biurety kroplami kontrolując p. H analitu przy użyciu pehametru do momentu wskazania p. H = 7. v Oblicz p. H analitu – roztworu wodorotlenku potasu, dla reagentów stopień dysocjacji wynosi 100% (1). v Analiza i założenia do zadania: Ø K+ + OH- + H+ + Cl- K+ + Cl- + H 2 O ü 1 mol + 1 mol + 1 mol Ø obliczenie liczby moli titranta / kationów H+ w 5 cm 3 ü n. H+ = Vr ∙ Cm = 0, 015 dm 3 ∙ 2, 5 mol/dm 3 = 0, 0375 mol ü skoro p. H = 7 po zakończenia miareczkowania, to ta sama liczba moli OH- znajdowała się w 25 cm 3 analitu,

Zadanie 10 z rozwiązaniem / cd Ø obliczenie stężenia molowego analitu: Ø ü ü ü Ø ü obliczenie stężenia molowego anionów OH- w analicie : [OH-] = c 0 ∙ α = 1, 5 mol/dm 3 ∙ 1 = 1, 5 mol/dm 3 obliczenie p. OH analitu: p. OH = - log[OH-] = - log 0, 15 ∙ 101 ≈ - 1 + 0, 82 ≈ - 0, 18 obliczenie p. H analitu: p. H = 14 – p. OH = 14 – (- 0, 18) = 14, 18