Przykładowe zadania z rozwiązaniami Analiza ilościowa Przykładowe zadania z rozwiązaniami

Zadanie 1 z rozwiązaniem 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 dm3. Ustal procentowy udział mas Au i Ni w stopie białego złota. Analiza i założenia do zadania: złoto nie reaguje z HNO3, natomiast nikiel w reakcji z rozcieńczonym kwasem wypiera wodór z kwasu: Ni + 2 HNO3  Ni(NO3)2 + H2 1 mol + 2 mol  1 mol + 1 mol 59 g + 2 mol  1 mol + 22,4 dm3

Zadanie 1 z rozwiązaniem / cd obliczenie masy niklu i złota w stopie: 59 g Ni ---------- 22,4 dm3 H2 x ---------- 0,19 dm3 H2 ------------------------------------ x = 0,5 g Ni mAu = 2 g – mNi = 2 g – 0,5 g = 1,5 g obliczenie procentowego udziału mas niklu i złota w stopie: 2,00 g --------- 100 % 0,50 g Ni --------- x ----------------------------- x = 25 % 2,00 g -------- 100 % 1,50 g Au --------- x ------------------------- x = 75 %

Zadanie 2 z rozwiązaniem 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 cm3. Ustal procentowy udział masy miedzi w stopie złota 14-karatowego. Analiza i założenia do zadania: złoto nie reaguje z HNO3, natomiast miedź reaguje z stężonym kwasem azotowym, który ulega częściowemu rozkładowi do tlenku azotu(IV): Cu + 4 HNO3  Cu(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O 1 mol + 4 mol  1 mol + 2 mol + 2 mol 63,5 g + 4 mol  1 mol + 2 ∙ 22,4 dm3 + 2 mol

Zadanie 2 z rozwiązaniem / cd obliczenie liczby moli otrzymanego gazu: p = 1000 hPa, T = 298 K, R = 83,1dm3∙hPa∙K-1∙mol-1, V = 0,324 dm3, obliczenie masy i procentowego udziału masy miedzi w stopie 14-karatowego złota: 63,5g Cu ---- 2 mol NO2 x -----0,01308 mol NO2 -------------------------------- x = 0,415 g Cu 1g Cu ------- 100% 0,415 g Cu ------- x -------------------------- x = 41,5 %

Zadanie 3 z rozwiązaniem 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. Ustal, jaki związek stanowił domieszkę rudy żelaza. Analiza i założenia do zadania: FeCO3  FeO + CO2 1 mol  1 mol + 1 mol 116 g  1 mol + 44 g CaCO3  CaO + CO2 100 g  1 mol + 44 g SiO2  nie ulega rozkładowi

Zadanie 3 z rozwiązaniem / cd ubytek masy wynika wyłącznie ubytku CO2 z węglanu żelaza(II) lub z węglanu żelaza(II) i węglanu wapnia, przyjęto, że masa odważki rudy wynosi 100 g: mFeCO3 = 0,87 ∙ 100 g = 87 g mCO2 = 0,3872 ∙ 100 g = 38,72 g obliczenie ubytku masy w wyniku rozkładu FeCO3: 116 g FeCO3 ----- 44 g CO2 87 g FeCO3 ----- x x = 33 g CO2 obliczenie masy CO2 w wyniku rozkładu CaCO3: ∆mCO2 = 38,72 g – 33 g = 5,72 g obliczenie masy domieszki CaCO3 i SiO2: 100 g CaCO3 ---- 44,00 g CO2 x ---- 5,72 g CO2 x ≈ 13 g CaCO3 mSiO2 = 100 g – mFeCO3 – mCaCO3 = 100 g – 87 g – 13 g = 0 g

Zadanie 4 z rozwiązaniem 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 dm3. Oblicz stosunek molowy węglanów w dolomicie. Analiza i założenia do zadania: MgCO3 + 2 HCl  MgCl2 + H2O + CO2 1 mol + 2 mol  1 mol + 1 mol + 1 mol 84 g + 2 mol  1 mol + 1 mol + 22,4 dm3 CaCO3 + 2 HCl  CaCl2 + H2O + CO2 100 g + 2 mol  1 mol + 1 mol + 22,4 dm3 zanieczyszczenia nie reagują z kwasem

Zadanie 4 z rozwiązaniem / cd obliczenie liczby moli węglanów w próbce 9,2 g: mCaCO3 + mMgCO3 = 10 g – 0,08 ∙ 10 g = 9,2 g x – liczba moli CaCO3 i CO2 otrzymanego z tego węglanu, y – liczba moli MgCO3 i CO2 otrzymanego z tego węglanu, VCO2 = 2,24 dm3 to nCO2 = 0,1 mol x ∙ 100 g/mol + y ∙ 84 g/mol = 9,2 g x + y = 0,1 mol 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 = nMgCO3 x = 0,1 mol – y = 0,1 mol – 0,05 mol = 0,05 mol = nCaCO3 obliczenie stosunku molowego: nMgCO3 : nCaCO3 = 0,05 mol : 0,05 mol = 1 : 1

Zadanie 5 z rozwiązaniem W wodzie przeznaczonej dla celów konsumpcyjnych / spożywczych wg norm zawartość jonów chlorkowych nie powinna przekroczyć 300 mg/dm3, nowe planowane normy dopuszczają 250 mg/dm3. W trakcie analizy próbki wody o objętości 25 cm3 w celu wytrącenia anionów chlorkowych zużyto 18 cm3 roztworu wodnego zwierającego kationy srebra o stężeniu 0,01 mol/dm3. W oparciu o powyższe informacje i odpowiednie obliczenia oceń przydatność wody dla celów konsumpcyjnych. W obliczeniach pomiń iloczyn rozpuszczalności. Analiza i założenia do zadania: Cl- + Ag+  ↓AgCl 1 mol + 1 mol  1 mol 35,5 g + 108 g  1 mol

Zadanie 5 z rozwiązaniem / cd obliczenie masy kationów Ag+ w titrancie - mianowany roztwór azotanu(V) srebra: mAg+ = Vr ∙ Cm ∙ MAg+ = 0,018dm3 ∙ 0,01 mol/dm3 ∙ 108 g/mol mAg+ = 0,01944 g = 19,44 mg obliczenie masy anionów chlorkowych w analicie – analizowanym roztworze o objętości 50 cm3: 35,5 mg Cl- ------ 108 mg Ag+ x ------ 19,44 g Ag+ x = 6,39 mg = mCl- obliczenie masy anionów chlorkowych zwartych w 1 dm3 analitu / wody: 25 cm3 H2O ----- 6,39 mg Cl- 1000 cm3 ------ x x = 255,6 mg Cl- woda spełnia obowiązujące normy jakościowe (< 300 mg/dm3) ale nie spełni norm planowanych (> 250 mg/dm3).

Zadanie 6 z rozwiązaniem W krajach UE dopuszczalna zawartość fenolu w wodzie pobieranej z ujęcia do uzdatniania wynosi 0,1 mg/dm3 gdy stacja uzdatniania stosuje jest w filtry z węglem aktywnym. W przypadku braku filtrów dopuszczalna zawartość fenolu nie może przekraczać 0,005 mg/dm3. W celu określenia zawartości fenolu stosuje się mianowany roztwór wody bromowej – titrant , którym mianuje się próbki wody. Do próbki wody - analitu o objętości 200 cm3 zagęszczonego do 20 cm3 dodawano z biurety kroplami roztwór wody bromowej o stężeniu 0,01% do momentu odbarwienia ostatniej kropli titranta, którego zużyto 3 cm3 o gęstości 1,0 g/cm3. 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 Analiza i założenia do zadania: produkty reakcji są bezbarwne: C6H5-OH + 3 Br2(aq)  C6H2Br3-OH + 3 HBr 1 mol + 3 mol  1 mol + 3 mol 94 g + 3 ∙ 160 g  1 mol + 3 mol obliczenie masy bromu zawartego w 3 cm3 titranta o stężeniu 0,01% i gęstości 1,0 g/cm3: obliczenie masy fenolu w próbce analitu o objętości 50cm3: 94 g fenolu ----- 480 g Br2 x ----- 0,0001 g Br2 x = 0,000019583 g x ≈ 0,0196 mg fenolu

Zadanie 6 z rozwiązaniem /cd obliczenie masy fenolu w 200 cm3 analitu zagęszczonego do 20 cm3: 200 cm3 wody ----- 0,0196 mg fenolu 1000 cm3 wody ----- x ------------------------------------------------ x = 0,098 mg fenolu w 1 dm3 wody woda spełnia normy dla stacji uzdatniania wyposażonych w filtry z węglem aktywnym: zawartość fenolu < 0,1 mg/dm3 wody, woda nie spełnia normy dla stacji uzdatnia nie dysponującymi filtrami z węglem aktywnym: zawartość fenolu > 0,005 mg/dm3 wody.

Zadanie 7 z rozwiązaniem Informacja do zadania: skala twardości wody w mg CaCO3 / 1dm3 wody Bardzo miękka Miękka Średnio twarda Twarda Bardzo twarda < 75 75 - 150 150 - 300 300 - 500 > 510 Dwie różne próbki wody o objętości 50 cm3 poddano analizie ich twardości (w założeniu, że w wodzie wstępują Ca2+ ( 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 Dokonaj odpowiednich przeliczeń i zaklasyfikuj próbki wody do odpowiednej klasy twardości. W przeliczeniach pomiń KSO otrzymanych osadów. Analiza i złożenia do zadania: 3 Ca2+ + 2 PO43-  Ca3(PO4)2 ↓ 3 mol + 2 mol  1 mol 3 ∙ 40g + 2 mol  310 g Ca2+ + CO32-  CaCO3 ↓ 1 mol + 1 mol  1 mol 40 g + 1 mol  100 g obliczenie mas Ca2+ w próbkach o objętości 50cm3: 120 g Ca2+--- 310 g Ca3(PO4)2 x --- 0,015 g Ca3(PO4)2 ------------------------------------ x = 5,81 mg Ca2+ 40 g Ca2+ --- 100g CaCO3 x --- 0,03g CaCO3 --------------------------------- x = 12 mg Ca2+

Zadanie 7 z rozwiązaniem / cd obliczenie mas kationów Ca2+ w 1 dm3 próbek wody: 50 cm3 ---- 5,81 mg Ca2+ 1000 cm3 ---- x --------------------------------- x = 116,2 mg Ca2+ 50 cm3 ---- 12 mg Ca2+ x = 240 mg Ca2+ przeliczenie mas kationów Ca2+ w analizowanych próbkach wody na masy węglanu wapnia w 1 dm3 próbek wody: 40mg Ca2+ --- 100mg CaCO3 116,2 mg Ca2+--- x ----------------------------------- x = 290,5 mg CaCO3 40mg Ca2+--- 100mg CaCO3 240 mg Ca2+--- x ----------------------------------- x = 600 mg CaCO3 próba wody należy do klasy średnio twardej próba wody należy do klasy bardzo twardej

Zadanie 8 z rozwiązaniem W celu ustalenia składu mieszaniny kwasu metanowego i butanowego zobojętniono jej próbkę o masie 1,94 g za pomocą 30 cm3 roztworu NaOH o stężeniu 1 mol/dm3. Oblicz skład mieszaniny w procentach masowych. Analiza i założenia do zadania: HCOOH + NaOH  HCOONa + H2O 1 mol + 1 mol  1 mol + 1 mol 46 g + 1 mol  1 mol + 1 mol C3H7COOH + NaOH  C3H7COONa + H2O 1 mol + 1 mol  1 mol + 1 mol 88 g + 1 mol  1 mol + 1 mol liczba moli NaOH w roztworze: nNaOH = Vr ∙ Cm = 0,03 dm3 ∙ 1 mol/dm3 = 0,03 mol

Zadanie 8 z rozwiązaniem / cd x – liczba moli kwasu metanowego i moli NaOH zużytego na jego zobojętnienie, y – liczba moli kwasu butanowego i moli NaOH zużytego na jego zobojętnienie obliczenie liczby moli kwasów w mieszaninie: x ∙ 46 g/mol + y ∙ 88 g/mol = 1,94 g x + y = 0,03 mol x = 0,03 mol - y (0,03 mol – y) ∙ 46 g/mol + y ∙ 88 g/mol = 1,94 g 1,38 g – 46 g/mol ∙ y + 88 g/mol ∙ y = 1,94 g 42 g/mol ∙ y = 0,56 g y ≈ 0,0133 mol = = nC3H7COOH x = 0,03 mol – 0,0133 mol = = 0,0167 mol = nHCOOH

Zadanie 8 z rozwiązaniem / cd obliczenie masy kwasów w mieszaninie: mHCOOH = 0,0167 mol ∙ 46 g/mol = 0,7682 g ≈ 0,768 g mC3H7COOH = 0,0133 mol ∙ 88 g/mol = 1,1704 g ≈ 1,170 g obliczenie procentowego udziału mas kwasów w mieszaninie: 1,940 g mieszaniny ---------- 100 % 0,768 g HCOOH ---------- x ------------------------------------------- x = 39,59% HCOOH 1,940 g mieszaniny --------- 100 % 1,170 g C3H7COOH --------- x x = 60,31% C3H7COOH

Zadanie 9 z rozwiązaniem W analityce medycznej do oznaczenia zawartości szczawianów w moczu (choroba nerek) zastosowanie ma reakcja strąceniowa / wytrącenie białego krystalicznego osadu: -OOC-COO- + Ca2+  Ca(COO)2↓. Stężenie molowe anionów szczawianowych w moczu nie powinna przekroczyć 2,5 ∙ 10-4 mol/dm3. Próbkę moczu o objętości 2 dm3 zagęszczono do 100 cm3 i z użyciem CaCl2 wytrącono osad szczawianu wapnia o masie 70 mg. Oblicz stężenie molowe kwasu szczawiowego w moczu i oceń czy ilość szczawianów w moczu spełnia jego normy. Analiza i założenia do zadania: HOOC-COOH + CaCl2 Ca(COO)2↓ + 2 HCl 1 mol + 1 mol  1 mol 90 g + 1mol  128 g + 2 mol

Zadanie 9 z rozwiązaniem /cd obliczenie liczby moli szczawianu wapnia w objętości 2 dm3: nCa(COO)2 = 140 mg : MCa(COO)2 = 70 mg : 128 000 mg/mol ≈ ≈ 0,00055 mol jest to równoznaczne z liczbą moli anionów szczawianowych w objętości 2 dm3 moczu, obliczenie stężenia molowego anionów szczawianowych w moczu: stężenie molowe anionów szczawianowych w moczu przekracza stężenie molowe mieszczące się w normie.

Zadanie 10 z rozwiązaniem Do zmiareczkowania 25 cm3 analitu - roztworu wodorotlenku potasu o zużyto 15 cm3 titranta – roztworu kwasu chlorowodorowego o stężeniu 2,5 mol/dm3. Titrant dodawano z biurety kroplami kontrolując pH analitu przy użyciu pehametru do momentu wskazania pH = 7. Oblicz pH analitu – roztworu wodorotlenku potasu, dla reagentów stopień dysocjacji wynosi 100% (1). Analiza i założenia do zadania: K+ + OH- + H+ + Cl-  K+ + Cl- + H2O 1 mol + 1 mol + 1 mol + 1mol  1 mol + 1mol + 1 mol obliczenie liczby moli titranta / kationów H+ w 5 cm3 nH+ = Vr ∙ Cm = 0,015 dm3 ∙ 2,5 mol/dm3 = 0,0375 mol skoro pH = 7 po zakończenia miareczkowania, to ta sama liczba moli OH- znajdowała się w 25 cm3 analitu,

Zadanie 10 z rozwiązaniem / cd obliczenie stężenia molowego analitu: obliczenie stężenia molowego anionów OH- w analicie : [OH-] = c = c0 ∙ α = 1,5 mol/dm3 ∙ 1 = 1,5 mol/dm3 obliczenie pOH analitu: pOH = - log[OH-] = - log 0,15 ∙ 101 ≈ - 1 + 0,82 ≈ - 0,18 obliczenie pH analitu: pH = 14 – pOH = 14 – (- 0,18) = 14,18