Dać chemikowi kawałek metalu…

16 maja, 2022 przez Mikołaj Warda

Zadanie z chemii analitycznej, z elementami “wiedzy ogólnej”. Poziom II etapu – może niezbyt trudne, ale dość pracochłonne. Wszystkie potrzebne dane znajdują się poniżej treści zadania.

Zadanie 1

Mosiądz – stop miedzi i cynku, często wzbogacany różnymi dodatkami – jest znany ludzkości od przynajmniej 2500 lat. Mniej podatny na korozję od czystej miedzi, w dzisiejszych czasach służy do wyrobu m.in. armatury, instrumentów muzycznych czy łusek amunicji.

Próbkę mosiądzu o masie bardzo dokładnie rozdrobniono (sproszkowano) i wprowadzono do zimnego, rozcieńczonego roztworu . Ustalono, że wydzielony podczas reakcji gaz, pod ciśnieniem i w temperaturze , zajmuje objętość około .

a) (2 m.) Oblicz procent masowy cynku w badanym mosiądzu z dokładnością do trzech cyfr znaczących, jeżeli wiadomo, że w skład stopu wchodzi jedynie miedź i cynk.

Wśród prostych ligandów nieorganicznych, wyjątkowo trwałe kompleksy z metalami przejściowymi tworzą tlenek węgla oraz izoelektronowe z nim jony nitrozylowy i cyjankowy . Wynika to przede wszystkim z ich właściwości -donorowych i -akceptorowych (które omówione są w podręcznikach do chemii nieorganicznej). W praktyce laboratoryjnej największe znaczenie mają cyjanki, używane na przestrzeni wieków np. w górnictwie czy dezynfekcji, a w formie cyjankowych kompleksów metali – także w medycynie czy jako barwniki. Stałe trwałości kompleksów cyjankowych metali, choć zazwyczaj bardzo wysokie, potrafią różnić się dla porównywalnych kompleksów (tzn. o takiej samej geometrii lub przynajmniej liczbie koordynacyjnej) nawet o kilkanaście rzędów wielkości.

Największą “sławę” cyjanki zyskały jednak przez swoją silną toksyczność – mimo wyczuwalnego dla większości populacji zapachu gorzkich migdałów, cyjanek potasu wykorzystywany był jako skuteczna i wygodna trucizna. W trakcie konfliktów zbrojnych kapsułki z cyjankiem stanowiły środek umożliwiający szybkie popełnienie samobójstwa, pozwalającego uniknąć pochwycenia przez wroga. Podczas II wojny światowej, ponad milion ludzi zostało zamordowanych cyjanowodorem w komorach gazowych.

b) (7 m.) Oblicz roztworu, powstałego przez rozpuszczenie w kieliszku () ampułki z . Czy w takim strąciłyby się nieapetyczne osady wodorotlenków, jeżeli woda ma poniższy skład mineralny? Załóż, że wody bez dodatku cyjanku wynosi .

KATIONY (mg/l)

Próbkę stopu roztworzono w stężonym . Roztwór odparowano do białych dymów, aby pozbyć się nadmiaru kwasu; uzyskano w ten sposób próbkę A.

Pewien niezbyt błyskotliwy chemik postanowił przy pomocy cyjanków rozdzielić zawartą w próbce miedź od cynku – zamierzał uzyskać związek kompleksowy . W tym celu do roztworu przeniósł taką ilość próbki A, że – według jego obliczeń – gdy cała się rozpuści, stężenie powinno być milion razy mniejsze od stężenia .

Zauważ, że jony ulegają z cyjankami reakcji redox, wedle równania:

Powstająca miedź(I) jest natychmiast kompleksowana przez nadmiarowe jony cyjankowe.

W poniższych obliczeniach załóż, że miedź(II) została w całości zredukowana do miedzi(I), w żadnym momencie nie jest przekroczony iloczyn rozpuszczalności , a także że z roztworu usunięty został dicyjan .

c) (2 m.) Wyraź w zależności od . Oblicz ten stosunek z dokładnością do trzech cyfr znaczących.

W poniższych obliczeniach załóż, że nie tworzą się kompleksy o liczbie koordynacyjnej innej niż 4.

d) (2 m.) Zapisz równanie, wyrażające stężenie analityczne cyjanków jako sumę stężeń wszystkich ich form.

e) (8 m.) Oblicz, ile może co najwyżej ważyć wyjściowa próbka stopu, jeżeli oraz jeżeli . Stężenie analityczne cyjanków w układzie, już po redukcji miedzi, wynosi .

f) (2 m.) Jaki musi być , aby obliczenia z punktu e) były poprawne? Czy w takim razie obliczone w punkcie e) wartości są prawdopodobne?

g) (1 m.) Zaproponuj praktyczniejszą (i mniej morderczą…) metodę rozdzielenia cynku i miedzi.

Komentarze |0|