Fő tartalom
Kémia
Tantárgy/kurzus: Kémia > 2. témakör
3. lecke: A meghatározó reagens mennyisége- Meghatározó reagens és kitermelés
- Kidolgozott mintafeladat: Termék mennyiségének kiszámítása a meghatározó reagens alapján
- Ismerkedés a gravimetriás meghatározásokkal: elpárologtatásos gravimetria
- Gravimetriás analízis és kicsapásos gravimetria
- A meghatározó reagens mennyisége
© 2023 Khan AcademyFelhasználási feltételekAdatkezelési tájékoztatóSüti figyelmeztetés
Gravimetriás analízis és kicsapásos gravimetria
A kicsapásos gravimetria definíciója, kidolgozott feladat, ahol két sóból álló keverék tisztaságát kicsapásos gravimetriával határozzuk meg.
Mit jelent a kicsapásos gravimetria?
A kicsapásos gravimetria olyan analitikai módszer, amely kicsapási reakció segítségével választja el a vizsgálandó ionokat az oldattól. Azt a vegyületet, amelyet azért adunk az oldathoz, hogy leváljon a csapadék, kicsapó reagensnek vagy lecsapószernek nevezzük. A szilárd csapadékot szűréssel választhatjuk el a megmaradt folyadéktól, és az így kapott csapadék tömegét felhasználva a rendezett egyenlet segítségével ki tudjuk számolni az oldatban lévő ionvegyületek mennyiségét vagy koncentrációját. A kicsapásos gravimetriát néha egyszerűen csak gravimetriás elemzésként emlegetik, bár ez az analitikai módszerek egy tágabb csoportjára utal, melybe a kicsapásos és az elpárologtatásos gravimetria is tartozik. Ha szeretnél többet olvasni a gravimetriás elemzésről, nézd meg ezt a leckét a gravimetriás elemzésről és elpárologtatásos gravimetriáról.
Ebben a tananyagban megoldunk egy olyan feladatot, melyben egy vízben oldott ionvegyület mennyiségét határozzuk meg a kicsapásos gravimetria segítségével. Szó lesz az esetlegesen előforduló gyakori hibaforrásokról is, mert a laborban néha nem úgy mennek a dolgok, ahogy terveztük, és egy kis felkészülés jól jöhet!
Mintafeladat: - porkeverék összetételének meghatározása
Jaj, ne! Az a haszontalan laboráns, Igor, megint összekeverte a vegyszeresüvegeket. (Védelmében szólva, a fehér, kristályos porok ránézésre könnyen összetéveszthetők, éppen ezért fontos elolvasni a címkéket!)
Balszerencsénknek köszönhetően ismeretlen összetételű porkeverékünk van, amely -ot és -ot tartalmaz. Azt szeretnénk megállapítani, hogy mennyi a két vegyület egymáshoz viszonyított aránya a porkeverékben, amelyet teljesen feloldottunk vízben. Feleslegben adtunk hozzá ezüst(I)-nitrát lecsapószert, -ot, és csapadék képződését tapasztaltuk. Miután a csapadékot leszűrtük és megszárítottuk, a szilárd anyag tömegét -nak mértük.
Az eredeti keverék hány tömegszázalék -ot tartalmaz?
Bármely gravimetriás elemzési számítás igazából csak sztöchiometriai feladat néhány plusz lépéssel. Mivel ez sztöchiometriai feladat, a reakcióegyenlet rendezésével kell majd kezdenünk. Ebben az esetben a és az közötti kicsapási reakció érdekel minket, amely során keletkezik, ha az -ot feleslegben feleslegben alkalmazzuk.
Ahogy már említettük, a csapadékképződési reakciók tulajdonképpen kicserélődési reakciók, így a termékeket megkaphatjuk a kiindulási anyagok anionjainak (vagy kationjainak) felcserélésével. Amennyiben szükséges, ellenőrizzük az oldhatósági szabályokat, majd rendezzük az egyenletet. Ebben a feladatban a csapadék, az már adott volt. Ez azt jelenti, hogy nekünk már csak a másik terméket, a -ot kell felírnunk, és ellenőriznünk kell, hogy az egyenlet jól van-e rendezve. A rendezett reakcióegyenlet a következő:
A rendezett egyenlet megadja, hogy -ból, amelynek a mennyiségét szeretnénk meghatározni, képződését várhatjuk, ez a képződő csapadék. Ezt a mólarányt felhasználva az anyagmennyiségéből kiszámíthatjuk a anyagmennyiségét. Eközben a következőket feltételezzük:
- A csapadék teljes mennyisége
. Nem kell aggódnunk amiatt, hogy a csapadékot képezne. - Az összes
elreagált, hogy -t képezzen. A sztöchiometria felől közelítve: biztosnak kell lennünk abban, hogy feleslegben adagoljuk az lecsapószert, hogy a összes -ja elreagáljon.
Most nézzük végig a számítást lépésről lépésre.
Első lépés: az csapadék tömegéből kiszámoljuk annak anyagmennyiségét
Mivel feltételezzük, hogy a csapadék teljes tömegét az adja, az moláris tömegének segítségével átszámolhatjuk a csapadék tömegét anyagmennyiséggé.
Második lépés: a csapadék anyagmennyisége alapján meghatározzuk a anyagmennyiségét
Ismerve az csapadék anyagmennyiségét, meghatározhatjuk a anyagmennyiségét a rendezett egyenlet mólarányának segítségével.
Harmadik lépés: a anyagmennyiségéből kiszámoljuk annak tömegét
Mivel az eredeti minta tömegszázalékos összetételét szeretnénk meghatározni, az anyagmennyiségéből a molekulatömeg felhasználásával ki kell számolnunk annak tömegét.
Negyedik lépés: meghatározzuk a tömegszázalékos mennyiségét a kiindulási porkeverékben
A kiindulási keverékben a tömegszázalékos mennyisége meghatározható a harmadik lépésben meghatározott tömegének és a minta tömegének arányából.
Gyorsabb megoldás: az első, második és harmadik lépést egyetlen lépésben is felírhatjuk, amennyiben ügyelünk a mértékegységekre; ha minden kiesik, ami nem kell, akkor valószínűleg jól írtuk fel.
Lehetséges hibaforrások
Most már tudjuk, hogy hogyan használjuk a sztöchiometriai ismereteinket a kicsapásos gravimetriás kísérletek eredményeinek értelmezéséhez. Azonban amikor laborban végzel gravimetriás kísérleteket, azt tapasztalhatod, hogy különböző tényezők befolyásolhatják a kísérleted eredményeit (és így a számításaidat is). Néhány nehézség, amivel találkozhatsz:
- Kísérleti hibák, például amikor nem várjuk meg, hogy a csapadék teljesen megszáradjon.
- Sztöchiometriai hibák, mint amikor például a csapadékképződési reakció egyenletét rendezetlenül hagyjuk, vagy az
-ot nem feleslegben adagoljuk.
Mi történne az előző kérdésre adott válaszunkkal a fenti esetekben?
Első lehetőség: a csapadék nem teljesen száraz
Lehet, hogy a laborgyakorlat során kifutottál az időből, vagy a vákuum-szűrőrendszer összeszerelése nem volt tökéletes, és így nem keletkezett kellően erős vákuum. Valószínűleg az sem segít, hogy a vizet a szerves oldószerekkel ellentétben közismerten nehéz teljes egészében eltávolítani a mintából, mivel a víz forráspontja viszonylag magas, és amikor csak lehet, hidrogénkötést alakít ki. Nézzük végig, hogy a visszamaradt víz hogyan befolyásolhatja a számításainkat.
Amennyiben a csapadék nem teljesen száraz, amikor megmérjük a tömegét, azt hisszük majd, hogy az tömege nagyobb, mint amennyi valójában (mivel az és a visszamaradt víz együttes tömegét mérjük). Az nagyobb tömege azt eredményezi, hogy az első lépésben több mól -ot számolunk, aminek segítségével több mól -t kapunk a keverékre. Így az utolsó lépésben azt kapjuk, hogy a tömegszázalékos aránya nagyobb, mint amennyi valójában.
Gyakorlati tanács: ha van időd, a szárítási folyamat végén többszöri méréssel megbizonyosodhatsz arról, hogy a minta tömege már nem változik tovább. Ezt állandó tömegig történő szárításnak nevezzük, és ugyan ez nem biztosítja, hogy a mintád teljes egészében száraz legyen, de biztosan segít! A szárítási folyamat alatt akár meg is keverheted a mintádat, hogy összetörd a nagyobb darabokat, és ezzel is növeld a minta felületét. Ugyanakkor vigyázz arra, hogy nehogy kilyukaszd a szűrőpapírt!
Második lehetőség: elfelejtettük rendezni az egyenletet!
Emlékszel arra, amit korábban mondtunk, hogy a gravimetriás elemzés tulajdonképpen csak egy sztöchiometriai feladat? Ez azt jelenti, hogy egy helytelenül rendezett egyenlet igencsak elronthatja a számolásainkat. Megnézzük, mi lesz, ha az alábbi rendezetlen egyenlet sztöchiometriai együtthatóit használjuk:
Ez az egyenlet (helytelenül!) azt adja meg, hogy 1 mol az eredeti porkeverék mol -jából keletkezett. Ha ezt az arányt használjuk a tömegének meghatározásához, a következőt kapjuk:
Ezzel tehát az számoltuk ki, hogy a tömege a mintánkban kétszerese a helyes mennyiségnek! Így a tömegszázalékát túl fogjuk becsülni, méghozzá kétszeres szorzóval:
Harmadik lehetőség: nem adagoltuk feleslegben az -ot
Az utolsó esetben feltehetjük azt a kérdést, hogy mi történne, ha az -ot nem adagolnánk feleslegben. Azt tudjuk, hogy ez nem vezetne helyes megoldáshoz, mivel az feleslege nélkül elreagálatlan maradna az oldatban. Ez azt jelenti, hogy az tömege az oldatban már nem adna támpontot az eredeti keverék -tartalmának kiszámításához, mivel így nem számolnánk az oldatban maradt -al. Így alábecsüljük az eredeti keverék tömegszázalékát.
Ehhez kapcsolódó, talán még fontosabb kérdés, amelyre válaszolnunk kell:
Hogyan lehetünk biztosak abban, hogy az -ot feleslegben adagoljuk?
Amennyiben erre a kérdésre tudnánk a választ, biztosak lehetnénk a számításainkban. Ebben a feladatban:
- van
porkeverék, amely egy bizonyos tömegszázalékban -ot tartalmaz; - a rendezett egyenletből azt is tudjuk, hogy
mol -hoz legalább mol szükséges.
Nincs azzal semmi gond, ha van valamennyi feleslegben, amennyiben az összes elreagált. A maradék egyszerűen az oldatban marad, és szűréssel el tudjuk távolítani.
Hogyan határozzuk meg, hogy mennyi -ot kell adnunk az oldathoz, amennyiben nem tudjuk a porkeverék pontos -tartalmát? Azt tudjuk, hogy minél több van a porkeverékben, annál több -ra van szükségünk. Szerencsére eleget tudunk ahhoz, hogy felkészülhessünk a legrosszabb esetre, amikor is a keverékünk -ból áll. Ebben az esetben lehet a legtöbb a keverékben, ami azt jelenti, hogy ekkor van szükségünk a legtöbb -ra.
Tegyük fel, hogy a keverék -ból áll. Hány mól szükséges? Ez megint csak egy sztöchiometriai feladat. Az anyagmennyiségét úgy tudjuk meghatározni, hogy a minta tömegét átszámoljuk a anyagmennyiségévé a molekulatömeg segítségével, majd ebből a mólarány segítségével kiszámoljuk az anyagmennyiségét:
Ez az eredmény azt mutatja, hogy ha nem is tudjuk pontosan a keverékünk tartalmát, nem lesz problémánk, amíg legalább -ot adunk az oldathoz.
Összefoglalás
A kicsapásos gravimetria gravimetriás elemzési módszer, amely csapadékképződési reakció segítségével határozza meg az ionvegyületek mennyiségét vagy koncentrációját. Például ahhoz, hogy meghatározzuk egy halogenidion, mint például a , mennyiségét, használhatunk -iont tartalmazó oldatot. Néhány hasznos tipp kicsapásos gravimetriás kísérletekhez és számításokhoz:
- Ellenőrizd a sztöchiometriát, bizonyosodj meg arról, hogy a reakcióegyenletek jól vannak rendezve.
- Győződj meg arról, hogy a csapadékot állandó tömegig szárítottad.
- A lecsapószert feleslegben adagold.
A szórakozás kedvéért...
Tegyük fel, hogy van porkeverék, amely -ból és -ból áll. Ehhez a keverékhez -ot adagolunk feleslegben, aminek következtében csapadékot kapunk.
Hány mól és volt a kiindulási porkeverékben?
A választ értékes jeggyel add meg!
Szeretnél részt venni a beszélgetésben?
Még nincs hozzászólás.