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Lösungsvorschläge zu den Rechenübungen - LComputer.de

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Lösungsvorschläge zu den Rechenübungen Analytische Chemie WS 2004/2005
1.Iodometrische Kupferbestimmung (Reaktionsgleichungen, Titer)
Mit Hilfe der Iodometrie wird hier aus Iodid elementares Iod erzeugt, welches mit Hilfe der
Thiosulfatlösung titriert wird. Hierbei kann die blauviolette Iodstärkeeinlagerungsverbindung als
Indikator dienen.
a) Reaktionsgleichungen:
2S2O32­ + I2 ­­> S2O62­ + 2I­ (Titerbestimmung)
4I­ + 2Cu2+ ­> I2 + 2 CuI (Erzeugen des elementaren Iods)
Hierbei ist zu beachten, dass nur zwei der Iodidmoleküle oxidiert werden und die beiden anderen
lediglich als Anion zum Kupfer(I)­Kation fungieren.
b) Ansatz der Thiosulfatlösung
c=n/V, gegeben sind c und V.
n=m/M(Na2S2O3)
<=> c=m/(M*V) <=> m=c*M(Na2S2O3)*V
Einsetzen (c=1 mol/l; V=1l; M(Na2S2O3)=158,097 g/mol):
m = 1 mol/l * 1l * 158,097 g/mol = 158,097 g
Man muss also 158,097 g auf einen Liter H2O einwiegen.
c) Titerberechnung:
t(Na2S2O3)=cist/csoll
cist=n(S2O32­)/Vtitriert
am Äquivalenzpunkt gilt:
n(S2O32­)=2*n(I2)
n(I2)=m(I2)/M(I2)
<=> t(Na2S2O3)=2*m(I2)/(M(I2)*Vtitriert*csoll)
Einsetzen(m(I2)=0,5000 g; M(I2)=253,80 g/mol; Vtitriert=0,0433 l; csoll=0,100 mol/l):
t(Na2S2O3)=2*0,5000 g/(253,80 g/mol * 0,0433 l * 0,1 mol/l)=0,910 (Angabe auf drei signifikante
Stellen, da das Volumen nur auf drei Stellen genau ist)
Der Titer beträgt also 0,910.
d) Berechnung des Kupfergehaltes:
m(Cu2+)=n(Cu2+)*M(Cu2+)
am Äquivalenzpunkt gilt:
n(Cu2+)=n(Na2S2O3)
n(Na2S2O3)=c(Na2S2O3)*t(Na2S2O3)*V(Na2S2O3)
m(Cu2+)=M(Cu2+)*c(Na2S2O3)*t(Na2S2O3)*V(Na2S2O3)
Einsetzen (M(Cu2+)=63,55 g/mol; c(Na2S2O3)=0,100 mol/l; t(Na2S2O3)=0,910; V(Na2S2O3)=0,0238 l):
m(Cu2+)=63,55 g/mol*0,100 mol/l*0,910*0,0238 l = 0,1376 g
mges(Cu2+)=m(Cu2+)*VAliquot/Vges
Einsetzen (VAliquot =0,010 l; Vges=1,000 l):
mges(Cu2+)=100 * 0,1376 g = 13,76 g
In der gesamten Probe befanden sich 13,76 g Kupfer.
2. Photometrie von Chromat (Standardaddition)
Geradengleichung: f(x)=0,01 mg­1*x+0,2
Bei der Methode der Standardaddition kann man die Konzentration / Stoffmenge des Analyten
direkt aus dem Graphen ablesen (je nach dem, was man auf der x­Achse aufträgt).
Dementsprechend lässt sie sich rechnerisch durch ermitteln der Nullstelle aus der Geradengleichung
berechnen.
a) Konzentration der Stammlösung
=> 0=0,01 mg­1*(­m(Cr))+0,2
<=>0,2 mg/0,01= m(Cr)<=>x=20 mg
Diese 20 mg befinden sich in einem 25 ml Aliquot, also hat dieses Aliquot die Konzentration
c=20mg/25ml=0,8 g/l. Die Stammlösung hat die gleiche Konzentration.
Die Stammlösung besitzt also eine Konzentration von 0,8 g/l.
b) Massen­% Chrom in der Probe
Man hat ein 25 ml Aliquot aus 250 ml entnommen, in dem sich 20 mg Chrom befanden. Also
befanden sich 200 mg in der gesamten Probe (10 g).
Also befanden sich 100*0,2 g/10 g %=2 % Chrom in der Probe.
3. Elektrolytische Raffination von Kupfer (Faradaysche Gesetze)
Q=n(Cu)*z*F (mit F=NA*e)
Q=I*t
n(Cu)=m(Cu)/M(Cu)
Reaktionsgleichung:
Cu2+ + 2 e­ ­­> Cu (Teilgleichung)
Cu2+ + Cu ­­> Cu + Cu2+ (Summengleichung)
<=>I*t=m(Cu)*z* NA*e/M(Cu)
<=>I=m(Cu)*z* NA*e/(M(Cu)*t)
Einsetzen(m(Cu)=106 g; z=2; NA=6,022136*1023 mol­1; e=1,602177*10­19 As; M(Cu)=66,55 g/mol;
t=28.800 s):
I=106 g*2*6,022136*1023 mol­1*1,602177*10­19 As/(66,55 g/mol*28.800 s)=100680 A
Man benötigt eine Stromstärke von 100680 Ampere.
4. Mineralwasser (Konzentration, Löslichkeitsprodukt)
n(Ca2+)=m(Ca2+)/M(Ca2+)
m(Ca2+)=cm(Ca2+)*V
<=>n(Ca2+)=cm(Ca2+)*V/(M(Ca2+)
Einsetzen (cm(Ca2+)=400 mg/l; M(Ca2+)=40,08 g/mol; V=0,2 l):
n(Ca2+)=400 mg*0,2 l*mol/(40,08 g*l)=2,00 mmol
Man nimmt also 2,00 mmol zu sich.
Lca­Sulfat=c(Ca2+)*c(SO42­)
<=>c(SO42­)=Lca­Sulfa/c(Ca2+)
c(Ca2+)=cm(Ca2+)/M(Ca2+)
n(SO42­)=c(SO42­)*V
<=>n(SO42­)=Lca­Sulfa *M(Ca2+)*V/cm(Ca2+)
Einsetzen (Lca­Sulfa =2,4*104 mol2/l2; M(Ca2+)=40,08 g/mol; V=0,2 l; cm(Ca2+)=0,440 g/l):
n(SO42­)=2,4*10­5 mol2/l2*40,08 g/mol*0,2 l*l/(0,440 g)=0,437 mmol
Gleichzeitig können sich maximal 0,437 mmol Sulfationen im Mineralwasser befinden.
5. Konzentrationketten(
Ag+ + e­­­>Ag
Es gilt die Nernstsche Gleichung:
E=E0+(R*T)/(z*F)ln(c(Ox)/c(Red))
Da es sich bei der reduzierten Form (Ag) um eine feste Phase handelt, ist deren Aktivität 1 mol/l.
Außerdem betrachten wir die Potentiale bei einer Temperatur von 25°C, also vereinfacht sich die
Nerntsche Gleichung:
E=E0+(0,059 V)/(z)lg(c(Ag+))
Die Spannung der Silber/Silberchloridelektroden wird durch das Löslichkeitsprodukt des
Silberchlorids bestimmt:
LAgCl=c(Cl­)*c(Ag+)
<=>c(Ag+)=LAgCl/c(Cl­)
<=>E1=E0+(0,059 V)/(z)lg(LAgCl/c1(Cl­))
<=>E2=E0+(0,059 V)/(z)lg(LAgCl/c2(Cl­))
U=E1­E2
<=>U=(0,059 V/z)(lg(LAgCl/c1(Cl­))­lg(LAgCl/c2(Cl­)))=(0,059 V/z)lg(c2(Cl­)/c1(Cl­))
Einsetzen (z=1; c2(Cl­)=10­1 mol/l; c1(Cl­)=10­4 mol/l):
U=(0,059 V/1)lg( 10­1 104 mol*l/(l*mol))=0,177 V
Die Spannung zwischen den beiden Halbzellen beträgt 0,177 V.
Salztütchen fällt in die geringer konzentrierte Halbzelle (und bestimmt damit deren Konzentration):
Die Konzentration erhöht sich um c'(Cl­)=n'(NaCl)/V
n'(Nacl)=m'(NaCl)/M(NaCl)
<=>c1'(NaCl)=c1(NaCl)+m'(NaCl)/(M(NaCl)*V)
Einsetzen (c1(NaCl)=10­4 mol/l;m'(NaCl)=1 g; M(NaCl)=58,44 g/mol; V=0,1 l):
c1'(NaCl)=10­4 mol/l+1 g/(58,44 g/mol * 0,1 l)=0,171 mol/l
Einsetzen:
U=(0,059 V/1)lg( 10­1mol*l/(0,171*l*mol))=­0,014 V
Die Spannung fällt dann auf ­0,014 V (wenn man die Polung bei behält).
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