Näytteen puhtauden määritys titrauksen avulla

Tehtävä:
4,000 g näytettä, joka sisälsi kaliumkloridia KCl ja kaliumperkloraattia KClO4 liuotettiin veteen ja liuos laimennettiin mittapullossa 250,0 cm³:ksi. Liuoksesta pipetoitiin 50,00 cm³:ä erlenmeyerkolviin ja näyte titrattiin 0,0750 M hopeanitraattiliuoksella AgNO3. Ekvivalenttikohdalla AgNO3 liuosta oli kulunut 41,00 cm³:ä

Ag+(aq) + Cl-(aq) -> AgCl(s)

Alkuperäisestä näyteliuoksesta näyteliuoksesta pipetoitiin toiseen erlenmeyerkolviin 25,00 cm³:n suuruinen näyte. Liuokseen lisättiin vanadiinisulfaattia V2(SO4)3, jolloin tapahtui reaktio (2)

V3⁺(aq) + ClO4^-(aq) + H2O(l) -> Cl^-(aq) + VO2⁺(aq) + H⁺(aq)

Reaktio (2) tapahduttua liuos titrattiin 0,0750 M hopeanitraattiliuoksella AgNO3, jolloin tapahtui reaktio (1). Ekvivalenttikohdalla AgNO3 liuosta oli kulunut 38,12 cm3:ä.

a) Tasapainota reaktio (2) osareaktioiden avulla.
b) Laske tutkitun näytteen koostumus massaprosentteina

Ratkaisu:

a)
Hapetus V3⁺ (+III) => VO2⁺(+VI) 
V           ✓                   ✓
O          +H2O      =>   VO2⁺ + 2H⁺
H           ✓                   ✓
e^-                                  =>    1 e^-
Tot      V3⁺  +H2O => VO2⁺+ 2H⁺

Pelkistys  ClO4^-(+VII) => Cl^-(-I)
Cl           ✓                   ✓
O          + 8H⁺      =>   Cl^- + 4 H2O
H           ✓                   ✓
e^-                      10 e^-    =>    
Tot       ClO4^-+ 8H⁺ => Cl^- + 4 H2O

Jolloin

V3⁺  +H2O => VO2⁺+ 2H^{+    | *8 <- elektronien määrä}
8V3⁺  +8H2O => 8VO2⁺+ 16H⁺ 

ClO4^-+ 8H⁺ => Cl^- + 4 H2O   | *1 <- -"-

Yhteenlaskettu:
8V3⁺  + ClO4^- + 4 H2O => 8 VO2⁺+ Cl^- +  8H<sup>+

b) Demonstraatio siitä, miten en osaa muuttaa excel taulukkoa htlm -muotoon. Siniset edustavat reaktioastian sisällä olevia aineita ja punaiset reagenssejä ja totaalitilavuuksia</sup>

n(KCl) = ?		H2O	K+	Cl-	I osanäy.	V=50cm3	c(AgNO3) = 0,0750M
n(KClO4) = ?		→	KClO4-		→	→	V(AgNO3)=41,00cm3
mtot = 4g			V = 250cm3				Cl-
			↓
			↓
			↓	II osanäyte V=25cm3			c(AgNO3) = 0,0750M
			↓	→	→	→	V(AgNO3)=38,12cm3
				lisätään V2(SO4)3

I osanäytteen titrauksesta saadaan selville KCl:stä peräisin olevien Cl-ionien konsentraatio 

Reaktio: Ag+ + Cl- <-=-> AgCl (s)

n(Cl-) = n(Ag+) = c(AgNO3)  + V(AgNO3)

n(Cl-) = 3,075 * 10-3 mol
n(Cl-) = n(KCl)
m(KCl) = n * M = -- * 74,6 g/mol = 0,229 g
Koska kyseessä oli osa näyte, määrä alkuperäisessä näytteessä on

m-%(KCl) = [[(250,0cm3/50,0cm3) * 0,229 g] / 4g] * 100%
         = 28,674 m-%

II osanäytteessä reagoivat kaikki Cl-ionit jolloin
n(Cl-)II = n(Ag+) = c * V = 2,859 * 10-3 mol
n(Cl-)II = n(ClO4-) + (Cl-)I
n(ClO4-) =  2,859 * 10-3 mol - (25,0cm3/50,0cm3)` * 3,075 * 10-3 mol

`(25,0cm3/50,0cm3) koska näyte tilavuus muuttuu

n(ClO4-) = 1,3215 * 10-3 mol
m(KClO4) = Osanäyte * n * M = (250,0cm3/25,0cm3) * 1,3215 * 10-3 mol * 138,6 g/mol = 1,8315...g
m-%(KClO4) = (1,8315...g / 4g) * 100% = 45,79

V:
m-%(KCl) = 28,674 m-%

m-%(KClO4) = 45,79 m-%

Kemian Preliminäärikoe 2013 Teht. 1-3

1. Tarkastellaan magnesium atomia 
a) Montako protonia, elektronia ja neutronia kyseisessä atomissa on? Kirjoita magnesiumin elektronikonfiguraatio.
b) Magnesiumjauhetta poltetaan. Kirjoita tapahtumaa kuvaava tasapainotettu reaktioyhtälö olomuotosymboleja käyttäen.
c) Magnesiumjauhetta ripotellaan suolahappoliuokseen. Kirjoita tapahtumaa kuvaava tasapainotettu reaktioyhtälö olomuotosymboleja käyttäen.

V:
a) 24 massaluku A, eli on protonien ja neutronien yhteenlaskettu määrä. Magnesiumin järjestysluku on 12, joten siinä on 12 protonia. Tällöin myös elektroneja on oltava yhtä paljon kuin protoneja eli 12. Neutronien määrä saadaan yksinkertaisesta vähennyslaskusta 24-12=12

b) Palaminen on aineen yhdistymista hapen kanssa.

2 Mg(s) + O2(g) => 2 MgO(s)

c) Kyseessä on hapetus-pelkistysreaktio

Mg(s) + 2 HCl => MgCl2(aq) + H2(g)

2. Määrittele seuraavat käsitteet. Käytä esimerkkejä apunasi
a) isotopia
b) osmoosi
c) allotropia
d) amorfinen aine
e) elektronegatiivisuus
f) elektroniaffiniteetti

V:
a) Isotooppi on saman alkuaineen atomi, jossa on sama määrä protoneja, mutta eri määrä neutroneja kuin toisella saman alkuaineen atomilla. Esimerkiksi vedyllä on deuterium ja tritium, jossa deuteriumilla on yksi neutroni ja tritiumilla kaksi.
b) Osmoosilla tarkoitetaan veden virtaamista puoliläpäisevän kalvon läpi laimeasta liuoksesta väkevämpään. Esimerkiksi punasolun halkeaminen liian laimeassa suolaliuoksessa perustuu osmoosiin.
c) Allotropiassa sama aine voi esiintyä samoissa olosuhteissa eri muodossa eli sitoitua eri tavoilla. Esimerkiksi hiili voi esiintyä grafiittina, fullereeninä ja timanttina. Fosfori voi esiintyä ns. punaisena tai valkoisena fosforina.
d) Amorfinen aine on kiinteä aine, jolla ei ole säännöllistä kiderakennetta. Toisin kuin kiteisellä aineella, sillä ei ole tarkkaa sulamispistettä. Esimerkkinä voi ja lasi.
e) Elektronegatiivisuus on atomin kyky vetää sidoselektroneja puoleensa kemiallisessa yhdisteessä. Se ilmaistaan Paulin suhteellisella asteikolla. Elektronegatiivisuus kasvaa siirtyessä vasemmalta oikealle ja alhaalta ylös. Fluori on elektronegatiivisin ja Frankium/Cesium elektropositiivisin.
f) Elektroniaffiniteetti on energia, joka sitoutuu tai vapautuu, kun kaasutilassa oleva atomiin tai ioniin liittyy yksi elektroni. Esimerkiksi O (g) + e- => O- (g)

3. Puolustusvoimat valmistaa vaikeissa kenttäolosuhteissa vetyä kiinteän kalsiumhybridin CaH2 ja veden välisellä reaktiolla. Katalyyttinä käytetään ferropiitä FeSi. Kun kalsiumhybridi reagoi veden kanssa, muodostuu vedyn lisäksi kalsiumhydroksidia.
a) Miksi kyseinen valmistustapa on käyttökelpoinen maasto-olosuhteissa
b) Kirjoita vedyn valmistusta kuvaava tasapainotettu reaktioyhtälö olomuotosymbolein.
c) Pallo sisältää 0,75 m³ vetyä 18°C:n lämpötilassa ja 1,15 bar:n paineessa. Kuinka monta gramma kalsiumhybridiä tarvitaan kyseisen vetymäärän tuottamiseen?

V:
a) Kalsiumhybridiä on helpompi kuljettaa kuin suurta ja painavaa vetykaasupulloa. Sisätiloissa vety kertyisi huoneeseen ja se saattaisi räjähtää, mutta ulkona ylimääräinen vety nousee taivaalle. Kiinteä kalsiumhybridi on suhteellisen turvallinen aine.
b) CaH2(s) + 2 H2O(l) => 2 H2(g) + Ca(OH)2(aq)
c) pV = nRT

             pV                         1,15 bar * 750 dm³                     
n(H2) = RT    =    0,0083145 bar*dm³/mol*K * 18+273,15K = 35,629 mol

Koska kerroin on 2, saadan n(CaH2) = 0,5 * 35,629 mol = 17,815 mol
Josta m(CaH2) = nM = 17,815 mol * 42,096 g/mol
=749,94 g = 0,75kg