16 giugno 2008 Prova scritta di Chimica Analitica 1 con Labora

78 Pages·2011·0.38 MB·Italian

16 giugno 2008
Prova scritta di Chimica Analitica 1 con Labora-
torio
Per favore:
• Ogni foglio consegnato deve recare nome, cognome e firma
• Gli esercizi vanno riportati nell’ordine in cui si trovano (saltando,
eventualmente, quelli non svolti)
1. Due unita’ di misura per la concentrazione molto usate in chimica sono
la molarita’ e la molalita’. Per ciascuna, citate un “pro”e un “contro”(il
“pro” di una puo’ essere citato come “contro” dell’altra).
2. Una soluzione di solfato di sodio viene trattata con un eccesso pari a
56.5 mL di una soluzione di cloruro di bario 0.15 mol/L. Tutti gli ioni
solfato precipitano sotto forma di BaSO :
4
SO2−+Ba2+ = BaSO
4 4(s)
Il precipitato viene filtrato e la soluzione rimasta richiede 23.0 mL di
EDTA 0.133mol/L per la titolazione degli ioni bario rimasti.
Quantimilligrammidisolfatodisodiocontenevalasoluzionedipartenza?
(Massa molare Na SO : 142.042g/mol)
2 4
3. Quantigrammidelsalesodicodell’acido2−naftoico(massamolare194.162g/mol)
devono essere aggiunti a 0.5 L di una soluzione 0.085 mol/L di acido
2−naftoico per ottenere una soluzione tampone a pH =4.32?
Lacostantediionizzazioneacidadell’acido2−naftoicoe’K =6.9×10−5.
A
4. Scrivete le equazioni che esprimono la conservazione della carica e della
massa per una soluzione ottenuta sciogliendo in acqua 1.34 g di H PO ,
3 4
2.3 g di LiH PO e 4.1 g di Mg (PO ) e portando il volume della
2 4 3 4 2
soluzione a 0.96L.
Le masse molari dei tre composti sono:
H PO 97.995g/mol
3 4
LiH PO 103.928g/mol
2 4
Mg (PO ) 262.858g/mol
3 4 2
5. Calcolate la solubilita’ in mg/L di AgCN in una soluzione 0.056 mol/L
di NaCN.
Il prodotto di solubilita’ di AgCN e’ K =2.2×10−16.
PS
6. Ilcontenutoinazotodiuncampioneorganicoaventemassa0.2345g viene
determinatoconilmetododiKjeldahl. DopoladigestioneinH SO con-
2 4
centratoelaraccoltadell’ammoniacaformatainunasoluzionediHClati-
tolonoto,sitrovachesononecessari24.7mLdiunasoluzione0.098mol/L
di NaOH per titolare l’eccesso di HCl non reagito, che ammonta al 45%
in moli della quantita’ totale di HCl inizialmente presente. Qual’e’ la
percentuale in massa di azoto nel campione organico di partenza?
La massa molare dell’azoto e’ 14.007g/mol.
7. La diclorofluoresceina e’ il classico indicatore ad adsorbimento usato nel
metodo di Fajans per la titolazione di ioni cloruro con soluzione stan-
dardizzata di AgNO . Spiegate brevemente ma in modo completo il suo
3
principio di funzionamento.
8. Per la ionizzazione di un acido debole AH con costante di ionizzazione
acida K , dimostrate che il grado di dissociazione aumenta al diminuire
A
◦
della concentrazione iniziale C . Assumete che K sia tale da consentire
A
le usuali approssimazioninel trattamento dell’equilibrio.
9. Scrivetelasemireazioneelettrodicachecaratterizzal’elettrodoadAgCl/Ag.
Spiegateil suofunzionamento come elettrododi riferimentoedindicatene
i vantaggi da questo punto di vista rispetto ad altri sistemi elettrodici.
10. I potenziali standard per le coppie redox Cr3+/Cr2+ e In3+/In+ sono,
rispettivamente, E◦ = −0.42 V e E◦ = −0.444 V. Una
Cr3+/Cr2+ In3+/In+
soluzione contiene 0.1 mol/L di ioni Cr3+, Cr2+, In3+ e In+ a 25 C.
In che direzione evolvera’ la reazione redox coinvolgente le due coppie a
partire dalle condizioni iniziali date?
(La costante di Faraday e’: 96485 C/mol; la costante universale dei gas
e’: R=8.314J/(mol K))
18 giugno 2008
Prova scritta di Chimica Analitica 1 con Labora-
torio
Per favore:
• Ogni foglio consegnato deve recare nome, cognome e firma
• Gli esercizi vanno riportati nell’ordine in cui si trovano (saltando,
eventualmente, quelli non svolti)
1. Calcolate il pH di un tampone ottenuto sciogliendo 3.45 g di acido ben-
zoico (massa molare: 122.121g/mol) e 4.43g di benzoato di sodio (mas-
sa molare: 144.103 g/mol) in acqua. La costante di ionizzazione acida
dell’acido benzoico e’ K =6.28×10−5.
A
2. Il blu di bromotimolo e’ un acido debole con K = 7.94×10−8. Viene
A
usatocomeindicatoreacido/basepoiche’laformaprotonatae’giallamen-
tre la forma deprotonata e’ blu. Assumendo che la concentrazione totale
dell’indicatore sia sufficientemente piccola da non influenzare il pH della
soluzione, rispondete alle seguenti domande:
(a) di che colore apparira’una soluzione contenente l’indicaotre a pH =
8.5?
(b) qual’e’ il rapporto fra la concentrazione della forma basica e la con-
centrazione della forma acida dell’indicatore a tale pH?
3. Spiegate in cosa consiste una titolazione di ritorno.
4. IpotenzialielettrodicistandarddelleduecoppieredoxO /H O eMnO−/Mn2+
2 2 2 4
◦ ◦
sono rispettivamente E = 0.695 V e E = 1.507 V.
O2/H2O2 MnO4−/Mn2+
Calcolate la costante di equilibrio a 25C per la reazione:
2MnO−+5H O +6H+ = 2Mn2++5O +8H O
4 2 2 2 2
5. Lo iodio puo’ essere titolato con tiosolfato grazie alla reazione rappresen-
tata dalla seguente equazione:
I +2S O2− = 2I−+S O2−
2 2 3 4 6
La costante di equilibrio della reazione e’ K =5×1014.
50 mL di una soluzione 0.1 mol/L di iodio vengono titolati con una so-
luzione 0.2 mol/L di tiosolfato. Calcolate la concentrazione di iodio al
punto di equivalenza.
6. Quella riportata sotto e’ la forma completamente protonata dell’acido
glutammico con i valori di pK relativi ai tre siti acidi presenti:
A
NH+ (9.95)
3
CHCH CH COOH (4.42)
2 2
COOH (2.23)
Su un asse orientato rappresentate le regioni di pH in cui ciascuna delle
quattro forme dell’acido glutammico e’ presente in concentrazione mag-
giore.
7. Quante moli di ammoniaca sono contenute in 234mL di una soluzione al
30% in massa avente densita’ 0.8920g/mL?
(massa molare NH : 17.031g/mol)
3
8. Consideratele due reazioniriportate sottoin cui uno ione metallico sosti-
tuisce4delle6molecolediacquacheinizialmentesonoadessocoordinate
con altrettanti leganti A. Nella reazione rappresentata da (a) reagiscono
4 specie A distinte, mentre nella reazione rappresentata da (b) reagiscono
2 leganti bidentati, ciascuno costituito da 2 specie A fra loro legate.
Con quali semplici argomentidi tipo termodinamico si puo’ giustificare il
fatto sperimentaleche lareazionerappresentatada(b) hauna costantedi
equilibrio molto maggiore di quella rappresentata da (a) in tutti i casi?
n+
H O
2
A A
 ??? (cid:127)(cid:127)(cid:127) 
(a) M(H2O)n6++4A =  (cid:127)(cid:127)(cid:127)M???  +4H2O
 
A A 
 H O 
2
 
n+
H O
2
A A
 ??? (cid:127)(cid:127)(cid:127) 
(b) M(H2O)n6++2A A =  (cid:127)(cid:127)(cid:127)M???  +4H2O
 
 A A 
 H O 
2
 
9. Scrivete il sistema di equazioni dalla cui soluzione si ricavano tutte le
concentrazionidi equilibrio per una soluzione satura di CaF .
2
Indicate con K il prodotto ionico di CaF , con K la costante di
PS 2 A
ionizzazione acida di HF e con K il prodotto ionico dell’acqua.
W
10. Gli ioni Fe2+ possono essere determinati mediante una titolazione con
bicromato, (Cr O2−), secondo:
2 7
Cr O2−+6Fe2++14H+ = 2Cr3++6Fe3++7H O
2 7 2
La titolazione puo’ essere seguita per via potenziometrica, utilizzando un
filo di Pt come elettrodo indicatore e un elettrodo ad AgCl/Ag come
elettrodo di riferimento.
Schematizzate la cella che si deve allestire a questo scopo e scrivete l’e-
spressione per la differenza di potenziale misurabile con un voltmetro in
qualsiasi punto della titolazione.
25 giugno 2008
Prova scritta di Chimica Analitica 1 con Labora-
torio
Per favore:
• Ogni foglio consegnato deve recare nome, cognome e firma
• Gli esercizi vanno riportati nell’ordine in cui si trovano (saltando,
eventualmente, quelli non svolti)
1. Il permanganato di potassio, KMnO , e’ un reagente molto usato in chi-
4
mica analiticaperche’lo ione permanganatoin ambiente acidoe’ un forte
ossidante. Tuttavia, il permanganato di potassio non e’ uno standard
primario: le sue soluzioni vengono standardizzate con ossalato di sodio,
Na C O , in base alla seguente reazione:
2 2 4
2MnO−+5C O2−+16H+ = 2Mn2++10CO +8H O
4 2 4 2 2
25 mL di una soluzione di permanganato richiedono 1.0385 g di ossalato
disodioperlastandardizzazione. Calcolatelamolarita’dellasoluzionedi
permanganato.
(massa molare di Na C O : 133.999g/mol)
2 2 4
2. Spiegatebrevementecomesipuo’utilizzarel’EDTAperladeterminazione
di un anione.
3. C’e’piu’ acidocloridricoin0.87L diuna soluzione0.13mol/L(soluzione
S ) oppure in 1.5 mL di una soluzione al 4.2 % in massa avente densita’
1
1.0181g/mL (soluzione S )?
2
(massa molare di HCl: 36.461g/mol)
4. Usando il metodo generale visto durante il corso, scrivete il sistema di
equazioni per la determinazione di tutte le concentrazioni di equilibrio di
unasoluzioneottenutasciogliendo1.45gdiacidomaleico(unacidobipro-
tico di formula (CH) (COOH) , massa molare: 116.072g/mol) e 1.80 g
2 2
di maleato sodico ((CH) (COONa) , massa molare: 160.036 g/mol) in
2 2
acqua e portando il volume a 0.85L.
Leduecostantidiionizzazioneacidadell’acidomaleicosonoK =1.23×
A1
10−2 e K =4.66×10−7.
A2
NOTA: non dovete risolvere il sistema; i dati numerici servono solo per
calcolare i valori numerici dei parametri che compaiono nel sistema.
5. Unasoluzionecontenente unaquantita’incognitadiioniNi2+ viene trat-
tata con un eccesso di 47.8mL di soluzione di EDTA 0.0095mol/L. Per
titolare l’eccesso di EDTA si impiega un volume pari a 21.2 mL di una
soluzione 0.011 mol/L di ioni Zn2+. Calcolate la massa incognita di Ni
in mg.
(Massa molare del Ni: 58.693g/mol)
6. Unasoluzioneaventeilvolumeinizialedi54.0mLecontenente0.093mol/L
diioniAg+ vienetitolataa25C conunasoluzionediNaCl 0.085mol/L.
La titolazione viene seguita con un elettrodo ad Ag+/Ag il cui poten-
ziale viene misurato rispetto ad un elettrodo di riferimento ad AgCl/Ag.
Il potenziale elettrodico del riferimento rispetto all’elettrodo standard a
idrogeno e’ 0.197 V. Trascurando qualsiasi potenziale di giunto, calcola-
te la differenza di potenziale che si misurera’ quando sono stati aggiunti
30.0mL di soluzione titolante.
La reazione fra ioni Cl− e ioni Ag+ si puo’ considerare completa. Il
potenzialestandarddellacoppiaAg+/Ag e’0.799V (rispettoall’elettrodo
standard a idrogeno).
(CostantediFaraday: 96485C/mol,costanteuniversaledeigas: 8.314J/(mol K))
7. Il potenziale di un elettrodo di riferimento a calomelano rispetto all’elet-
trodo standard a idrogeno e’ 0.242 V. La differenza di potenziale misu-
rata per una cella costituita da una semicella ad Ag+/Ag accoppiata con
la semicella a calomelano e’ 0.187 V. Trascurando i potenziali di giun-
to, calcolate il potenziale elettrodico della semicella ad Ag+/Ag rispetto
all’elettrodo standard a idrogeno.
8. Per la titolazione dell’acido benzoico (K = 6.28×10−5) con soluzione
A
standardizzata di NaOH si hanno a disposizione i seguenti indicatori:
Indicatore intervallo di viraggio
Rosso congo 3.00−5.00
Porpora bromocresolo 5.2−6.8
Blu timolo 8.0−9.6
Dite quale scegliereste e giustificate la risposta.
9. Una soluzione contenente ioni cloruro e 8.3×10−3 mol/L di ioni ioduro
viene titolata con AgNO . Quando inizia a precipitare AgCl, la concen-
3
trazione di ioni cloruro nella soluzione e’ 1.34×10−2 mol/L. Calcolate la
percentuale di ioni ioduro ancora presente in soluzione (rispetto alla loro
concentrazione iniziale) quando inizia la precipitazione degli ioni cloruro.
I valori del prodotto di solubilita’ per AgCl e AgI sono, rispettivamente:
K =1.8×10−10, K =8.3×10−17
PS,AgCl PS,AgI
10. Una soluzione contenente un acido debole con costante di ionizzazione
acida K = 3.45 × 10−6 viene titolata con una soluzione standard di
A
NaOH. Calcolate il pH della soluzione dopo che e’ stato aggiunto un
volume di soluzione titolante pari ai 3/5 del volume di equivalenza.
11 luglio 2008
Prova scritta di Chimica Analitica 1 con Labora-
torio
Per favore:
• Ogni foglio consegnato deve recare nome, cognome e firma
• Gli esercizi vanno riportati nell’ordine in cui si trovano (saltando,
eventualmente, quelli non svolti)
• Ogni esercizio vale 3 punti
1. Considerate il seguente sistema elettrodico:
Pt
Ox
Red
costituito da una sbarretta di Pt immersa in una soluzione contenente la
coppia redox generica Ox/Red.
Indichiamo con t = 0 l’istante in cui la sbarretta di Pt viene immersa
nellasoluzioneeconvt=0 evt=0,rispettivamente,lavelocita’inizialedella
ox red
reazione di ossidazione:
Red = Ox+ne
e la velocita’ iniziale della reazione di riduzione:
Ox+ne = Red
Supponendo che sia:
vt=0 < vt=0
ox red
(a) descrivete come variano le concentrazioni di Ox e Red e la carica
elettrica sul metallo e in soluzione da t = 0 al momento in cui il
sistema raggiungera’l’equilibrio
(b) quale sara’ il segno algebrico del potenziale elettrodico?
2. Una soluzione tampone ottenuta sciogliendo in acqua 10.50g di NaBrO
(massamolare: 118.893g/mol)e9.48gdiHBrO(massamolare: 96.911g/mol)
ha un pH di 8.59.
Trovateilvaloredellacostantediionizzazionebasicadelloioneipobromito.
(Costante di autoprotolisi dell’acqua: K =1×10−14)
W
3. Dimostrate che, se si puo’ assumere che la densita’ di una soluzione sia
paria1.0g/mL,laconcentrazioneespressainpartipermilione(inmassa)
e la concentrazione espressa in mg/L sono numericamente uguali.
4. Sfruttando le usuali approssimazioni, calcolate la variazione di pH che
si ha durante la titolazione di 50 mL di una soluzione di un acido forte
(concentrazione iniziale pari a 0.1 mol/L) con una soluzione di una base
forte (concentrazione pari a 0.1 mol/L) quando si passa da un’aggiunta
di soluzione titolante pari a 0.99V (V e’ il volume di equivalenza) ad
E E
un’aggiunta pari a 1.01V .
E
(Costante di autoprotolisi dell’acqua: K =1×10−14)
W
5. Descrivete la titolazione di Volhard.
6. A pH =10, la costante di formazione condizionale del complesso CaY2−
(Y4− rappresenta la forma tetraanionica dell’EDTA) vale K = 1.8×
F
1010. Sfruttando le approssimazioni che vi sembreranno piu’ opportune,
calcolatelaconcentrazionediequilibriodelcomplessoinunasoluzionecon-
tenente0.23mol/LdiioniCa2+,0.11mol/Ldelsaledisodicodell’EDTA
(Na H Y) e 0.17mol/L del sale tetrasodico dell’EDTA (Na Y).
2 2 4
7. La seguente tabella:
volume (mL) ddp (mV)
19 357
19.5 332
20 207
20.5 158
21 142
mostra alcuni dati relativi ad una titolazione di ioni Ag+ con ioni Cl−
seguita per via potenziometrica. La prima colonna riporta il volume di
soluzione titolante aggiunto, la seconda colonna riporta le corrispondenti
differenze di potenziale misurate.
Utilizzando la tabella fornita, costruite la corrispondente tabella della
derivata prima della curva di titolazione.
8. Un sistema elettrodico in condizioni di equilibrio a 25 C e’ costituito da
una sbarretta di Pt immersa in una soluzione contenente 0.34 mol/L di
ioni Fe3+ e 0.47 mol/L di ioni Fe2+. La differenza di potenziale misu-
rata con un voltmetro fra questo sistema elettrodico ed un elettrodo di
riferimento a calomelano saturo, il cui potenziale elettrodico rispetto al-
l’elettrodostandardaidrogenoe’0.241V,e’ddp =0.526V. Trascurando
qualsiasipotenzialedigiunto,calcolateilpotenzialestandarda25C della
coppia Fe3+/Fe2+.
(Costante universale dei gas: R=8.314J/(mol K)
costante di Faraday: F =96485C/mol)
9. La timolftaleina e’ un indicatore acido base il cui intervallo di viraggio
in unita’ di pH e’ 8.3−10.5. Supponete di usare questo indicatore per
determinareilpuntofinaleinunatitolazionediacidopercloricoconidros-
sido di sodio: l’errore dovuto all’indicatore, per quanto piccolo, sara’ per
eccesso o per difetto?
10. L’acido ossalico, HOOC − COOH, e’ un acido organico diprotico con
costantidiionizzazioneacidapariaK =5.6×10−2eK =5.42×10−5.
A1 A2
Sfruttandoleapprossimazionicheriterretepiu’opportune,calcolateilpH
diuna soluzionecontenente una concentrazioneinizialeparia0.16mol/L
di ossalato disodico, (COONa) .
2
(Costante di autoprotolisi dell’acqua: K =1×10−14)
W