Dietylsink, EDTA-titrering og sinkbelegg på jern

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Sink er et viktig grunnstoff og har mange ulike bruksområder.

Figur 1: Strukturformel for dietylsink med oksidasjonstall +1 på hydrogen og −3 på karbon

For hånd

Forbindelsen dietylsink (se figur 1) blir brukt i organisk syntese. Bindingen mellom karbon og sink er en polar kovalent binding. På figuren er oksidasjonstallene til hydrogen og karbon tegnet inn. Bruk informasjonen i figuren og finn oksidasjonstallet til sink.

For hånd

En løsning inneholder ett eller to av disse ionene: $A g^{+}$ , $Z n^{2 +}$ eller $B a^{2 +}$ . Forklar hvordan du vil gå fram på skolelaboratoriet for å finne ut hvilke av disse ionene som er i løsningen.

Kalkulator

Vi bruker denne metoden for å finne innholdet av sink i en legering: $1,00 g$ av legeringen blir løst i varm fortynnet salpetersyre. Løsningen blir nøytralisert med $N a O H (a q)$ , overført til en $100 m L$ målekolbe og tilsatt destillert vann opp til merket for $100 m L$ . $25,0 m L$ av denne løsningen blir overført til en titreringskolbe, tilsatt $10 m L$ ammonium/ammoniakk-buffer og titrert med en løsning EDTA. Det går med $39,3 m L$ $0,0200 m o l / L$ EDTA før endepunktet for titreringen er nådd. Beregn masseprosenten av sink i legeringen.

Kalkulator

Sinkmetall blir framstilt ved elektrolyse av vannløsninger med sinksulfat. Beregn utbyttet i prosent av teoretisk mulig utbytte ved en slik elektrolyse når strømstyrken er $15 A$ , tiden er $12$ minutter og det blir dannet $2,7 g$ sink.

For hånd

55 % av all sink som blir produsert, blir brukt til korrosjonsbeskyttelse av jern. Gjenstander av jern blir dyppet i smeltet sink. Sink reagerer deretter med oksygen, vann og karbondioksid i luften og danner et ytre beskyttende lag, slik reaksjonsligningen nedenfor viser.

10 Z n (s) + 5 O_{2} (g) + 4 C O_{2} (g) + 6 H_{2} O (l) \to 2 Z n_{5} {(O H)}_{6} {(C O_{3})}_{2} (s)

Skriv oksidasjonstall på alle atomene. Vis hva som blir oksidert, og hva som blir redusert, og gjør rede for elektronbalanse og massebalanse.

Fasit

Oksidasjonstallet til sink er $+ 2$ .

Tilsett HCl (hvitt $AgCl$ viser $A g^{+}$ ), filtrer, tilsett $H_{2} S O_{4}$ (hvitt $B a S O_{4}$ viser $B a^{2 +}$ ), filtrer, tilsett $K_{3} F e {(C N)}_{6}$ (guloransje bunnfall viser $Z n^{2 +}$ ).

$20,6 %$ sink

$74 %$

Zn oksideres fra $0$ til $+ 2$ , O i $O_{2}$ reduseres fra $0$ til $- 2$ . $20$ elektroner avgis og tas opp, og det er like mange atomer av hvert slag på begge sider.

LøsningsforslagKI-generert

Molekylet er nøytralt, så summen av oksidasjonstallene er $0$ . Dietylsink, $Z n {(C_{2} H_{5})}_{2}$ , har 4 C-atomer med $- 3$ og 10 H-atomer med $+ 1$ .

4 \cdot (- 3) + 10 \cdot (+ 1) + x = 0 \Rightarrow x = + 2

Sink har oksidasjonstallet $+ 2$ . Det stemmer med at karbon er mer elektronegativt enn sink, så bindingselektronene regnes til karbon.

Vi bruker løselighetstabellen og tabellen for kvalitativ uorganisk analyse i vedlegget. Ionene fjernes ett og ett, slik at et bunnfall ikke kan skyldes et annet ion.

Tilsett fortynnet saltsyre, HCl, til en prøve av løsningen. Hvitt bunnfall viser $A g^{+}$ . $B a C l_{2}$ og $Z n C l_{2}$ er lettløselige.

A g^{+} (a q) + C l^{-} (a q) \to A g C l (s)

Tilsett litt overskudd av HCl og filtrer bort AgCl. 2. Tilsett fortynnet svovelsyre, $H_{2} S O_{4}$ , til filtratet. Hvitt bunnfall viser $B a^{2 +}$ . $Z n S O_{4}$ er lettløselig. Sølv må fjernes først, fordi $A g_{2} S O_{4}$ er tungtløselig og kan gi et svakt hvitt bunnfall.

B a^{2 +} (a q) + S O_{4}^{2 -} (a q) \to B a S O_{4} (s)

Filtrer bort eventuelt $B a S O_{4}$ . 3. Tilsett kaliumheksacyanoferrat(III), $K_{3} F e {(C N)}_{6} (a q)$ , til filtratet. Guloransje bunnfall viser $Z n^{2 +}$ . $A g^{+}$ gir også bunnfall med dette reagenset, men sølv er fjernet i trinn 1.

3 Z n^{2 +} (a q) + 2 F e {(C N)}_{6}^{3 -} (a q) \to Z n_{3} {[F e {(C N)}_{6}]}_{2} (s)

Ammoniakk er en dårlig test her. Filtratet inneholder mye syre, så $N H_{3}$ danner mye $N H_{4}^{+}$ . I en slik buffer kan sink gå rett over i kompleks uten synlig $Z n {(O H)}_{2}$ .

Det er lurt å gjøre de samme testene på løsninger med kjente ioner og på destillert vann til sammenligning.

EDTA reagerer med $Z n^{2 +}$ i forholdet $1 : 1$ .

n (Z n^{2 +}) = n (EDTA) = 0,0393 L \cdot 0,0200 m o l / L = 7,86 \cdot 10^{- 4} m o l

Dette er stoffmengden i $25,0 m L$ . Hele målekolben på $100 m L$ inneholder fire ganger så mye.

n {(Zn)}_{totalt} = \frac{100 m L}{25,0 m L} \cdot 7,86 \cdot 10^{- 4} m o l = 3,144 \cdot 10^{- 3} m o l

Molar masse for sink er $65,38 g / m o l$ .

m (Zn) = 3,144 \cdot 10^{- 3} m o l \cdot 65,38 g / m o l = 0,2056 g

masseprosent Zn = \frac{0,2056 g}{1,00 g} \cdot 100 % = 20,6 %

Ved katoden reduseres sinkioner:

Z n^{2 +} (a q) + 2 e^{-} \to Z n (s)

Ladningsmengden er

Q = I \cdot t = 15 A \cdot 12 \cdot 60 s = 10 800 C

Med $F = 96485 C / m o l$ fra vedlegget:

n (e^{-}) = \frac{Q}{F} = \frac{10 800 C}{96485 C / m o l} = 0,1119 m o l

n (Zn) = \frac{0,1119 m o l}{2} = 0,05597 m o l

m {(Zn)}_{teoretisk} = 0,05597 m o l \cdot 65,38 g / m o l = 3,659 g

utbytte = \frac{2,7 g}{3,659 g} \cdot 100 % = 74 %

Utbyttet er lavere enn 100 % fordi noe av strømmen går til andre reaksjoner, for eksempel dannelse av hydrogengass ved katoden.

Oksidasjonstall på atomene:

Stoff	Oksidasjonstall
$Z n (s)$	Zn: $0$
$O_{2} (g)$	O: $0$
$C O_{2} (g)$	C: $+ 4$ , O: $- 2$
$H_{2} O (l)$	H: $+ 1$ , O: $- 2$
$Z n_{5} {(O H)}_{6} {(C O_{3})}_{2} (s)$	Zn: $+ 2$ , O: $- 2$ , H: $+ 1$ , C: $+ 4$

Kontroll for produktet: $5 \cdot (+ 2) + 6 \cdot (- 2 + 1) + 2 \cdot (+ 4 + 3 \cdot (- 2)) = 10 - 6 - 4 = 0$ .

Oksidert: Sink går fra $0$ til $+ 2$ . Sink avgir elektroner.

Redusert: Oksygen i $O_{2}$ går fra $0$ til $- 2$ . Oksygen tar opp elektroner.

Karbon og hydrogen, og oksygen i $C O_{2}$ og $H_{2} O$ , endrer ikke oksidasjonstall.

Elektronbalanse:

\begin{matrix} avgitt: & 10 Zn-atomer \cdot 2 e^{-} = 20 e^{-} \\ tatt opp: & 10 O-atomer \cdot 2 e^{-} = 20 e^{-} \end{matrix}

Antall elektroner som avgis, er likt antallet som tas opp.

Massebalanse:

Atom	Venstre side	Høyre side
Zn	$10$	$2 \cdot 5 = 10$
O	$5 \cdot 2 + 4 \cdot 2 + 6 = 24$	$2 \cdot (6 + 6) = 24$
C	$4$	$2 \cdot 2 = 4$
H	$6 \cdot 2 = 12$	$2 \cdot 6 = 12$

Det er like mange atomer av hvert grunnstoff på begge sider. Summen av ladningene er $0$ på begge sider.

Vedlegg

Vedleggene i oppgavesettet til Kjemi 2 H2022. De kunne brukes på hele eksamen, også del 1 (om hjelpemidlene).

Åpne på egen side: Tabeller og formler i kjemi

Oppgavedata

Hentet fra: Kjemi 2 H2022, del 2, oppgave 4
Del: Del 2, alle hjelpemidler — les om hjelpemidler
Hjelpemidler: Kalkulator
CAS
Graftegner og regneark
Lærebok, formelsamling og egne notater
Ikke åpent internett, kommunikasjon med andre eller kunstig intelligens.
Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Oksidasjonstall, Uorganisk analyse, Titrering, Elektrolyse, Korrosjon

Dietylsink, EDTA-titrering og sinkbelegg på jern

Innstillinger

Utseende

Oppgaver og visning

Utskrift

Synkronisering

Sync på tvers av enheter

Dietylsink, EDTA-titrering og sinkbelegg på jern

Lov på eksamen

Kan den løses uten PC?

Forstå oppgaven med en KI

Tastatursnarveier

Navigasjon

I oppgave

Dietylsink, EDTA-titrering og sinkbelegg på jern

Dietylsink, EDTA-titrering og sinkbelegg på jern

Lov på eksamen

Kan den løses uten PC?

Temaer