Analiza wagowa (przykłady zadań z rozwiązaniem) mnożniki analityczne, przeliczanie wyników analiz na substancję suchą lub wilgotną, pośrednie oznaczenia analityczne, straty w trakcie przemywania osadów

Analiza wagowa Analiza wagowa – precyzyjne określenie masy oznaczanych ilościowe substancji lub ubytków w wyniku ulatniania się oznaczanych substancji, opiera się na prawie stałych stosunków wagowych: oznaczania przeprowadza się przez przeprowadzanie oznaczanych substancji w trudno rozpuszczalne osady w danym środowisku z zastosowaniem dobranych odczynników chemicznych, masa powstającego osadu w postaci rozpuszczonej nie powinna przekraczać 0,1 mg (dokładności wagi analitycznej).

Analiza wagowa Warunki stosowania analizy: oznaczane ilościowo składniki występują w analizowanej próbce w ilościach umożliwiających dokładne ich zważenie, strącone osady powinny być praktycznie nierozpuszczalne w danym środowisku (minimalne iloczyny rozpuszczalności w środowisku wodnym tj. stężenie molowe nasyconego roztworu powinno być mniejsze od 10-6 mol/dm3, oznaczane osady powinny mieć określne i stałe składy ilościowe, ewentualne zmiany w procesie suszenia lub prażenia są również ściśle określone.

Mnożniki analityczne Mnożniki stosuje się w przypadku przeliczania mas otrzymanych substancji w trakcie analizy na równoważne masy odpowiednich związków lub pierwiastków, w obliczeniach spełniają role współczynników analitycznych: przykład: - oznaczenie zawartości bromu w analizowanej próbce przez wytrącenie bromu z użyciem AgNO3 (Ag+ + Br-  AgBr) MAgBr = 187,78 g/mol, MBr = 79,91 g/mol mnożnik określa zawartość bromu w jednostce masy AgBr.

Mnożniki analityczne – przykłady Oblicz mnożnik analityczny dla: Fe2O3 / Fe(OH)3, I/PbI2, Ba/BaSO4: MFe2O3 = 159,77 g/mol, MFe(OH)3 = 106,88 g/mol MI = 126,9 g/mol, MPbI2 = 461,0 g/mol MBa = 137,33 g/mol, MBaSO4 = 233,4 g/mol

Przykłady zadań z zastosowaniem mnożnika analitycznego Zad.1 Próbkę technicznego jodku potasu rozpuszczono w wodzie, a następnie jony jodkowe wytrącono z użyciem Pb(NO3)2. Po wysuszeniu masa strąconego PbI2 wyniosła 1,5 g. Oblicz zawartość jodu w badanej próbce. Rozwiązanie: 2 K+ + 2 I- + Pb2+ + 2 NO3-  PbI2 + 2 K+ + 2 NO3- MI = 126,9 g/mol, MPbI2 = 461,0 g/mol mI = 1,5 g ∙ 0,551 = 0,8265 g

Przykłady zadań z zastosowaniem mnożnika analitycznego Zad.2 Próbkę 1,25 g technicznego chlorku wapnia rozpuszczono w wodzie, a następnie kationy wapnia wytrącono z użyciem nadmiaru Na3PO4. Po osączeniu i wysuszeniu masa strąconego Ca3(PO4)2 wyniosła 1,05 g. Oblicz zawartość procentową wapnia w badanej próbce. Rozwiązanie: 3 Ca2+ + 6 Cl- + 6 Na+ + 2 PO43-  Ca3(PO4)2 + 6Cl- + 6Na+ MCa = 40,08 g/mol; MCa3(PO4)2 = 310,18 g/mol mCa = 1,05 g ∙ 0,376 = 0,395 g

Przykłady zadań z zastosowaniem mnożnika analitycznego Zad.3 Próbkę wodorotlenku żelaza(II) wyprażono w powietrzu otrzymując 2,5 g tlenku żelaza(III). Obliczyć w próbce zawartość: a) czystego Fe(OH)2; b) żelaza; c) FeO Rozwiązanie: a) 4 Fe(OH)2 + O2  2 Fe2O3 + 4 H2O MFe(OH)2 = 89,85 g/mol; MFe2O3 = 159,70 g/mol mFe(OH)2 = 2,5 g ∙ 1,125 = 2,8125 g

Przykłady zadań z zastosowaniem mnożnika analitycznego Rozwiązanie: b) M = 55,85,08 g/mol; MFe2O3 = 159,70 g/mol mFe = 2,5 g ∙ 0,699 = 1,7475 g Rozwiązanie: c) MFeO = 71,85 g/mol; MFe2O3 = 159,70 g/mol mFeO = 2,5 g ∙ 0,900 = 2,25 g

Przykłady zadań z zastosowaniem mnożnika analitycznego Zad.4 Próbkę rudy chromitu - FeCr2O4 o masie 0,75 g poddano przeróbkom polegającym prażeniu w powietrzu z węglanem sodu a następnie w zakwaszonym roztworze przeprowadzono w dwuchromian(VI), który ogrzewano z węglem. Otrzymano 250mg tlenku chromu(III). Obliczyć procentową zawartość czystego chromitu w rudzie. Rozwiązanie: 4 FeCr2O4 + 7 O2 + 8 Na2CO3  8 Na2CrO4 + 2 Fe2O3 + 8 CO2 2 Na2CrO4 + 2 H+  Na2Cr2O7 + H2O + 2 Na+ Na2Cr2O7 + 2 C  Cr2O3 + Na2CO3 + CO

Przykłady zadań z zastosowaniem mnożnika analitycznego Zad.4 / cd Rozwiązanie: z jednego mola FeCr2O4 powstaje jeden mol Cr2O3 MFeCr2O4 = 223,85 g/mol; MCr2O3 = 152,00 g/mol mFeCr2O4 = 0,25 g ∙ 1,473 = 0,36825 g = 0,368 g

Przykłady zadań – przeliczanie wyników analiz na substancję suchą lub wilgotną Zad.5 Fosforyty – skała składające się minerałów: apatyty, kwarc, kalcyt, kaolinit, montmorylonit, limonit glaukonit zawierają 3,5 % wilgoci i 10,3 % wody związanej oraz 14,5 % tlenku fosforu(V). Przelicz procentową zawartość P4O10 na substancję suchą. Rozwiązanie: 100 g fosforytu zawiera: mH2O = 3,5g (3,5 % wilgoci) + 10,3 g (10,3% wody związanej) = 13,8 g, mbezwodnego fosforytu = 100 g – 13,8 g = 86,2 g

Przykłady zadań – przeliczanie wyników analiz na substancję suchą lub wilgotną Zad.6 Analiza suchej kopaliny zawierającej minerał kriolit wykazała następujący skład w procentach wagowych: Al – 6,75%, Na – 17,25 %, F – 28,50% oraz 42,6 % złoża. Przelicz wyniki analizy na minerał wilgotny zawierający 4,9 % wilgoci. Rozwiązanie: mwilgotnej kapaliny = 100g + 4,9 g (4,9% wilgoci) = 104,9 g

Pośrednie oznaczenia analityczne Warunki stosowania metod pośrednich: pośrednie metody oznaczenia stosuje się w przypadku braku możliwości rozdzielenia składników mieszaniny (np. wytrącenia składnika / składników w postaci osadu), pośrednia metoda sprowadza się do oznaczenia ilościowo łącznej masy mieszaniny za pomocą odpowiednich reakcji, z masy pierwotnej i sumarycznej masy otrzymanych związków oblicza się zawartość poszczególnych składników mieszaniny analizowanej próbki, W roztworze zawierającym mieszaninę np., NaCl i KCl: nie ma możliwości bezpośredniego oznaczenia masy tych chlorków, istnieje możliwości oznaczenia masy jonów chlorkowych poprzez wytrącenie ich w formie trudno rozpuszczalnego osadu (np. AgCl, PbCl2).

Pośrednie oznaczenia analityczne Zad.7 W 150 cm3 roztworu znajduje się 1,0815 g mieszaniny jodu sodu i jodku potasu. Pobrano 50 cm3 roztworu i roztworem AgNO3 wytrącono 0,5478 g jodku srebra. Oblicz procentowy udział jodków w mieszaninie. Rozwiązanie: z 1 mola anionów I- powstaje 1 mol AgI, liczba moli AgI musi być równa sumie moli jodkowych w mieszaninie, MNaI = 149,9 g/mol; MKI = 166 g/mol; MAgI = 234,77 g/mol, mNaI = x; mKI = 1/3 ∙ 1,0815 g – x = 0,3605 g – x,

Pośrednie oznaczenia analityczne Rozwiązanie zad. 7 cd.: 16,1 x = 58,06168 g – 54,03895 g x = 0,249859 g (NaI w 50 cm3 roztworu) mNaI w 150cm3 = 3 ∙ 0,249859 g ≈ 0,7495g mKI w 150cm3 = 1,0815g - 0,7496 g ≈ 0,332g

Pośrednie oznaczenia analityczne Zad.8 Mieszaninę o masie 850 mg czystego chlorku potasu i bromku potasu rozpuszczono w wodzie i dodano nadmiar zakwaszonego HNO3 roztworu AgNO3. Po odsączeniu i wysuszeniu masa mieszaniny chlorku i bromku srebra wyniosła 1285 mg. Oblicz procentową zawartość bromu w mieszaninie. Rozwiązanie: Cl- + Br- + K+ +2 Ag++ 2 NO3-  AgCl↓+ AgBr↓+ 2 K+ + 2 NO3- MKCl = 74,55 g/mol; MKBr = 119 g/mol; MAgCl = 143,32 g/mol; MAgBr = 187,77 g/mol, mnożniki analityczne:

Pośrednie oznaczenia analityczne Zad.8 – rozwiązanie cd.: masy substratach i produktach: msKCl = 2,103 ∙ x; msKBr = 1,489 ∙ y ; mpAgCl = 4,043 ∙ x; mpAgBr = 2,35 ∙ y układ dwóch zależnych równań: 2,103 ∙ x + 1,489 ∙ y = 0,85 g 4,043 ∙ x + 2,35 ∙ y = 1,285 g ----------------------------------- 1,634g – 2,86y + 2,35y =1,285 g - 0,53 ∙ y = - 0,349 g y = 0,658 g = mAgBr

Pośrednie oznaczenia analityczne Zad.9 Mieszaninę NaCl i NaNO3 o łącznej masie 0,95 g odparowano do sucha w stężonym HNO3 i otrzymano 1,223 g azotanu(V) sodu. Oblicz zawartość składników w mieszaninie. Rozwiązanie: NaCl + HNO3  NaNO3 + HCl↑ MNaCl = 58,45 g/mol; MNaNO3 = 85,01 g/mol; mNaCl = x; mNaNO3 = 0,95 g – x, liczba moli NaNO3 jest równa sumie liczbie moli NaNO3 zwartego w mieszaninie i liczbie moli powstałego z NaCl, 71,452 g = 26,56 ∙ x + 55,5275 g mNaCl = x = 0,59956 g ≈ 0,6 g; mNaNO3 = 0,95 g – 0,6 g = 0,35 g

Pośrednie oznaczenia analityczne Zad.10 Mieszaninę KI i K2SO4 o łącznej masie 0,670 g rozpuszczono w wodzie a następnie wytrącono aniony jodkowe roztworem AgNO3. Masa otrzymanego osadu wyniosła 0,4889 g. Oblicz zawartość procentową zawartość siarczanu(VI) w mieszaninie. Rozwiązanie: K+ + I- + Ag+ + NO3-  AgI↓ + K+ + NO3- MKI = 166 g/mol; MAgI = 234,77 g/mol liczba moli AgI jest równa liczbie moli KI w mieszaninie, 166 g KI ------------- 234,77 g AgI x -------------- 0,4889 g AgI ----------------------------------------- x = 0,3457 g mK2SO4 = 0,67 g – 0,3457 g = = 0,3243 g

Pośrednie oznaczenia analityczne Zad.11 Próbka krzemionki o masie 1,5 g zawiera domieszki Al2O3 i Fe3O4 o łącznej masie 0,062 g. Analiza próbki wykazała, że krzemionka zwiera 1,75% FeO. Oblicz procentową zawartość Al2O3 w próbce. Rozwiązanie: MFeO = 71,85 g/mol; MFe3O4 = 231,55 g/mol Fe3O4 (FeO∙Fe2O3)  3 FeO + ½ ∙ O2, mFeO = 1,5 g ∙ 1,75% : 100% = 0,02625 g mAl2O3 = 0,062 g – 0,0282 g = 0,0338 g,

Straty podczas przemywania osadów Zad.12 Obliczyć w procentach masowych straty masy, które powstaną po przemyciu 200 mg AgBr (KSOAgBr = 5,35 ∙ 10-13): a)100 cm3 czystej wody, b)100 cm3 0,01 molowego roztworu kwasu HBr, c) wyjaśnić różnice w otrzymanych wynikach. Rozwiązanie: MAgBr = 187,77 g/mol; Vr = 100 cm3 = 0,1 dm3 rozpuszczalność AgBr w wodzie: mAgBr = 7,31 ∙ 10-7 mol/dm3 ∙ 0,1 dm3 ∙ 187770 mg/mol = = 137259,85 ∙ 10-7 mg ≈ 1,3726 ∙ 10-2 mg

Straty podczas przemywania osadów Zad.12 cd. c) Straty masy AgBr w trakcie przemywania roztworem kwasu HBr są mniejsze o ok. 10 000 – krotnie niż w przypadku przemywania wodą, ponieważ wspólny anion z anionem osadu Br- obniża rozpuszczalność bromku srebra.