Kobberlegering i skrue, kolorimetri og jodometrisk titrering av kobber

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

En skrue består av en kobberlegering, se figur 1. For å finne ut hvilke metaller det er i skruen, må metallene oksideres og bringes på ioneform.

Figur 1: Foto av to skruer av kobberlegering

For hånd

Forklar at $3 m o l / L$ saltsyre, $H C l (a q)$ , ikke er egnet til denne reaksjonen.
Hva vil være et passende reagens til denne reaksjonen? Begrunn svaret.

Når skruen var oppløst, ble løsningen blågrønn. Før videre analyse ble løsningen pH-nøytralisert. Litt av denne løsningen ble fordelt på to reagensrør.

Reagensrør 1: Ved tilsetting av $5 m o l / L$ ammoniakk, $N H_{3} (a q)$ , til løsningen ble den sterkt blåfarget, og det ble felt ut et hvitt salt. Reagensrør 2: Ved tilsetning av noen dråper $5 m o l / L$ saltsyre, $H C l (a q)$ , ble det ikke observert noen reaksjon.

For hånd

Forklar ut fra disse observasjonene to mulige metaller skruen kan bestå av.

Du ønsker å analysere en vannprøve for $C u^{2 +}$ -ioner med kolorimetri. Grenseverdien for $C u^{2 +}$ -ioner i drikkevann er $2,0 m g / L$ .

$30 m L$ av vannprøven ble tilsatt en buffer og et framkallingsreagens i en $50 m L$ målekolbe. Det ble tilsatt destillert vann til merket.

Tabell 1:

$[C u^{2 +}]$ , mg/L	Absorbans
0	0,0
0,19	0,02
0,57	0,07
1,20	0,16
2,60	0,30
Ukjent prøve	0,18

Krever PC

Tegn en tydelig standardkurve ut fra resultatene i tabell 1.
Bestem innholdet av $C u^{2 +}$ -ioner i vannprøven.
Er $C u^{2 +}$ -konsentrasjonen under grenseverdien for drikkevann? d) $C u^{2 +}$ -ioner kan være skadelige for liv i vann. Forklar to ulike måter $C u^{2 +}$ -ioner kan fjernes fra en løsning. Bruk reaksjonslikninger i forklaringen.

Innholdet av kobber i en legering skulle bestemmes.

$0,67 g$ av legeringen ble brakt på ioneform ved reaksjon med en egnet syre.
Løsningen med oppløst metall ble nøytralisert og tilsatt vann til $50,0 m L$ .
$25,0 m L$ av denne løsningen ble overført til en titreringskolbe.
Til denne kolben ble det tilsatt overskudd av kaliumjodid, $K I (s)$ . Da skjer denne reaksjonen:

2 C u^{2 +} (a q) + 4 I^{-} (a q) \to 2 C u I (s) + I_{2} (a q)

Titreringskolben inneholder nå jod, $I_{2}$ .

Løsningen ble titrert med $0,100 m o l / L$ natriumtiosulfat, $N a_{2} S_{2} O_{3} (a q)$ .
Forbruket av natriumtiosulfat var $38,3 m L$ før endepunktet for titreringen var nådd.

Kalkulator

Bestem masseprosenten til kobber i legeringen.

Fasit

$H^{+}$ ( $E^{\circ} = 0,00 V$ ) er et for svakt oksidasjonsmiddel til å oksidere kobber ( $E^{\circ} = 0,34 V$ ). Salpetersyre, $H N O_{3}$ , er egnet fordi nitrat er et sterkere oksidasjonsmiddel ( $E^{\circ} = 0,96 V$ ).

Kobber (blå løsning, sterkt blått ${[C u {(N H_{3})}_{4}]}^{2 +}$ ) og sink eller tinn (hvitt $Z n {(O H)}_{2}$ eller $S n {(O H)}_{2}$ med ammoniakk). Ingen felling med saltsyre utelukker sølv og bly.

Standardkurve: se figur. $A = 0,18$ gir $1,5 m g / L$ i målekolben og $[C u^{2 +}] = 2,5 m g / L$ i vannprøven. Det er over grenseverdien.

Felling som tungtløselig salt, f.eks. $CuS$ eller $C u {(O H)}_{2}$ , og reduksjon til kobbermetall med et uedlere metall, f.eks. jern.

$73 %$ kobber

LøsningsforslagKI-generert

Saltsyre inneholder $H^{+}$ og $C l^{-}$ . Kloridionet kan ikke oksidere noe. Det eneste mulige oksidasjonsmidlet er $H^{+}$ .

Fra spenningsrekka i vedlegget:

\begin{matrix} 2 H^{+} + 2 e^{-} & \to H_{2} & E^{\circ} & = 0,00 V \\ C u^{2 +} + 2 e^{-} & \to Cu & E^{\circ} & = 0,34 V \end{matrix}

$H^{+}$ står lavere enn $C u^{2 +}$ og er et svakere oksidasjonsmiddel. Da kan $H^{+}$ ikke oksidere Cu. Kobberet i skruen løses derfor ikke i saltsyre.

Et passende reagens er salpetersyre, $H N O_{3}$ . Nitrationet i sur løsning har $E^{\circ} = 0,96 V$ , som er høyere enn $0,34 V$ . Det oksiderer kobber:

\begin{matrix} 3 C u (s) + 8 H^{+} (a q) + 2 N O_{3}^{-} (a q) \\ \to 3 C u^{2 +} (a q) + 2 N O (g) + 4 H_{2} O (l) \end{matrix}

E^{\circ} (celle) = 0,96 V - 0,34 V = 0,62 V > 0

Salpetersyre løser også uedlere metaller i legeringen.

Kobber: Løsningen er blågrønn, som passer med $C u^{2 +}$ . Med ammoniakk dannes det mørkeblå kompleksionet:

C u^{2 +} (a q) + 4 N H_{3} (a q) \to {[C u {(N H_{3})}_{4}]}^{2 +} (a q)

Sink eller tinn: Ammoniakk er en base og gir $O H^{-}$ i løsningen. Det hvite saltet må komme fra et annet metall enn kobber, fordi $C u {(O H)}_{2}$ er blått. Tabellen over kvalitativ uorganisk analyse i vedlegget viser at både $Z n^{2 +}$ og $S n^{2 +}$ gir hvitt hydroksid med ammoniakk:

\begin{matrix} Z n^{2 +} (a q) + 2 O H^{-} (a q) & \to Z n {(O H)}_{2} (s) \\ S n^{2 +} (a q) + 2 O H^{-} (a q) & \to S n {(O H)}_{2} (s) \end{matrix}

Kobber og sink gir messing. Kobber og tinn gir bronse. Overskudd av ammoniakk løser $Z n {(O H)}_{2}$ som ${[Z n {(N H_{3})}_{4}]}^{2 +}$ , så et hvitt bunnfall som blir liggende, passer best med tinn.

Ikke sølv eller bly: Tabellen viser at både $A g^{+}$ og $P b^{2 +}$ gir hvitt bunnfall med saltsyre. Reagensrør 2 viser at det ikke felles noe med saltsyre. Skruen inneholder derfor verken sølv eller bly.

Standardløsningene ligger tilnærmet på en rett linje gjennom origo (Beers lov). Vi tegner den beste rette linja gjennom punktene og origo:

Standardkurve for Cu2+ med avlesning av ukjent prøve

Absorbansen $0,18$ gir $1,5 m g / L$ på standardkurven. Det er konsentrasjonen i målekolben.

Vannprøven ble fortynnet fra $30 m L$ til $50 m L$ :

{[C u^{2 +}]}_{vannprøve} = 1,5 m g / L \cdot \frac{50 m L}{30 m L} = 2,5 m g / L

Dette er over grenseverdien på $2,0 m g / L$ . Vannet er ikke egnet som drikkevann.

Konklusjonen holder selv om avlesningen blir litt annerledes: alle avlesninger mellom $1,4$ og $1,5 m g / L$ gir over $2,0 m g / L$ i vannprøven.

1. Felling. Vi tilsetter et anion som gir et tungtløselig kobbersalt, for eksempel natriumsulfid:

C u^{2 +} (a q) + S^{2 -} (a q) \to C u S (s)

$CuS$ har $K_{sp} = 8 \cdot 10^{- 37}$ , så nesten alt kobber felles ut. Bunnfallet filtreres fra. Natriumhydroksid kan også brukes ( $K_{sp}$ for $C u {(O H)}_{2}$ er $2,20 \cdot 10^{- 20}$ ):

C u^{2 +} (a q) + 2 O H^{-} (a q) \to C u {(O H)}_{2} (s)

2. Reduksjon med et uedlere metall. Vi legger jern i løsningen. Jern står lavere i spenningsrekka enn kobber og er et sterkere reduksjonsmiddel:

C u^{2 +} (a q) + F e (s) \to C u (s) + F e^{2 +} (a q)

E^{\circ} (celle) = 0,34 V - (- 0,45 V) = 0,79 V > 0

Reaksjonen er spontan. Kobber felles ut som metall og kan fjernes. Løsningen får $F e^{2 +}$ -ioner i stedet. Jern(II)ioner er mindre problematiske enn kobberioner i avløpsvann.

Tiosulfat reagerer med jod:

I_{2} (a q) + 2 S_{2} O_{3}^{2 -} (a q) \to 2 I^{-} (a q) + S_{4} O_{6}^{2 -} (a q)

Stoffmengde tiosulfat:

n (S_{2} O_{3}^{2 -}) = 0,100 m o l / L \cdot 0,0383 L = 3,83 \cdot 10^{- 3} m o l

Fra likningene er $n (I_{2}) = \frac{1}{2} n (S_{2} O_{3}^{2 -})$ og $n (C u^{2 +}) = 2 n (I_{2})$ . Dermed er $n (C u^{2 +}) = n (S_{2} O_{3}^{2 -})$ :

n {(C u^{2 +})}_{25 m L} = 3,83 \cdot 10^{- 3} m o l

Titreringen brukte $25,0 m L$ av $50,0 m L$ :

n {(Cu)}_{totalt} = 2 \cdot 3,83 \cdot 10^{- 3} m o l = 7,66 \cdot 10^{- 3} m o l

m (Cu) = 7,66 \cdot 10^{- 3} m o l \cdot 63,55 g / m o l = 0,487 g

masseprosent Cu = \frac{0,487 g}{0,67 g} \cdot 100 % = 73 %

Vedlegg

Vedleggene i oppgavesettet til Kjemi 2 V2020. 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 V2020, 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: Uorganisk analyse, Redoksreaksjoner, Fellingsreaksjoner, Kompleksioner, Titrering

Kobberlegering i skrue, kolorimetri og jodometrisk titrering av kobber

Innstillinger

Utseende

Oppgaver og visning

Utskrift

Synkronisering

Sync på tvers av enheter

Kobberlegering i skrue, kolorimetri og jodometrisk titrering av kobber

Lov på eksamen

Kan den løses uten PC?

Forstå oppgaven med en KI

Tastatursnarveier

Navigasjon

I oppgave

Kobberlegering i skrue, kolorimetri og jodometrisk titrering av kobber

Kobberlegering i skrue, kolorimetri og jodometrisk titrering av kobber

Lov på eksamen

Kan den løses uten PC?

Temaer