Uorganisk kemi - Kemisk ligevægt

Vejledning til laboratorieøvelser Uorganisk kemi - Kemisk ligevægt Navn: Revision 2011 Kemisk Institut Århus Universitet Rita Hazell & J.-E. Jørgensen

2 Uorganisk kemi - kemisk ligevægt Formålet med dette øvelseskursus er at skærpe evnen til at relatere iagttagelser af forandringer i et system til de kemiske egenskaber af systemets komponenter. Øvelserne består dels af direkte specifikke reaktioner for kemiske forbindelser, dels øvelser, der kræver en separation, før der kan anvendes specifikke reaktioner. Der arbejdes i koncentrationsområdet 10-1 - 10-4 M, idet startkoncentrationen af de fremstillede analyseopløsninger er ca 10-1 M, og grænsen for fuldstændig separation er ca 10-4 M. Denne koncentration er for de fleste reaktioner en nedre grænse for iagttagelse af forandringer. "Fremgangsmåde" og "Kommentarer og spørgsmål" er bl.a. formuleret med henblik på at skærpe iagttagelsesevnen. Endvidere er heftet: Alan Hazell: Kemiske reaktioner i vandig opløsning. Aarhus 2005 en støtte til at fortolke de visuelle indtryk. Det er ikke blot et spørgsmål om, at den sidste specifikke prøve for et stof er positiv, men alle iagttagelser i analyseprocessen skal være i overensstemmelse med det pågældende stofs reaktioner. Rapporten Der udleveres analyseskemaer, hvor synsindtrykkene indføres mens øvelsen foretages. Når øvelsen er afsluttet forklares iagttagelserne ved reaktionsligninger på analyseskemaet. Der afleveres en rapport, der består af det udfyldte analyseskema samt besvarelse af de spørgsmål, der er stillet i øvelsesvejledningen. Rapporten afsluttes med en konklusion, hvor iagttagelserne sammenfattes til en dokumentation for, hvilke stoffer den udleverede analyse indeholder.

3 Sammenhæng mellem øvelserne Figuren viser, hvordan de enkelte øvelser er indplaceret i det klassiske analyseskema for en analyse, der kan indeholde forbindelser af flg. grundstoffer: Ag, Pb, Hg, i, u, d, As, Mo, Sn, Sb, Sr, a, e, Fe, o, Ni, Mn, a,, Zn, e, Al, r, W, V. Analyse hloridfældning Ag, Pb, Hg(I) Sulfidfældning Øvelse 5 i, u, d, Hg(II), As, Mo, Sn, Sb Sulfatfældning Øvelse 7 Øvelse 4 Sr, a Alkalisk oxidation Øvelse Øvelse 1 4 e, Fe, o, Ni, Mn, a, Zn, e, Al, r, W, V Øvelse Øvelse 3 6 = bundfald = centrifugat SIKKERHED Sikkerhedsbriller eller almindelige briller SKAL bæres i laboratoriet. Reaktioner, der kan give sundhedskadelige dampe, skal gennemføres i bordstinkskab. Kemikalieaffald skal deponeres i de dertil beregnede plastikdunke. Affald, der kan indeholde kviksølv (Hg) eller tungmetaller, skal i de særlige, mærkede beholdere. Glasskår skal deponeres i den særlige beholder markeret glas og ikke i de almindelige krukker. Spildte kemikalier skal tørres op med det samme. Hvis du er i tvivl så spørg.

4 Øvelse 1 Analyseskema a 2+, Sr 2+, a 2+, 2+ Forberedelse til SO 4 2 f ældning a 2+, Sr 2+, a 2+, 2+ Sulfatfældning 2 aso 4, SrSO 4 ehandling med (NH 4 ) 2 2 O 4 9 ehandling med Na 2 O 3 4 a 2 O 4 2+ ao 3, SrO 3, (aso 4, SrSO 4 ) NH 3 10 ehandling med HAc 5 NH 4 PO 4 aso 4, SrSO 4 a 2+, Sr 2+ Quinalizarin 11-14 hromatfældning 6 (OH) 2, quinalizarin aro 4 Sr 2+ Sulfatfældning 7 SrSO 4 G: Gas : undfald : entrifugat Tallene efter proceduren svarer til nummereringen i "Fremgangsmåde".

5 Øvelse 1 arium, strontium, calcium og magnesium Formål At illustrere opløsningsligevægt l-s ved påvisning af barium, strontium, calcium og magnesium. Gennemførelse af analysen Den udleverede analyse kan indeholde al2, Srl2, al2 og l2. Undersøg hvilke af disse stoffer analysen indeholder. Fysiologiske effekter Opløselige a-forbindelser er giftige, Sr-forbindelser nogenlunde uskadelige, så længe de ikke indeholder 90 Sr. a og er nødvendige for os. a forgiftning giver akutte lammelser inden for få timer, modgift er intravenøs tilførsel af kaliumcitrat. r(vi), som bruges under punkt 6, er eksemfremkaldende og i støvform kan det give lungecancer. Fremgangsmåde 1. a 25 mg analyse opløses i lidt vand (8 dråber). Opløsningen gøres 0,1 M saltsur med 0,5 M Hl (2 dr. hvis der er brugt 8 dr. vand). 2. Den 0,1 M saltsure opløsning opvarmes på dampbad, og der tilsættes natriumsulfat, Na2SO4 (0,5 M), til fuldstændig fældning (ca 5 dr). landingen henstår på dampbad i 15 min. Der centrifugeres. Tilsæt 1 dr Na2SO4 for at prøve om alt er fældet. a og Sr kan identificeres i bundfaldet, a og i centrifugatet (punkt 8). 3. undfaldet udvaskes med vand. Vask: efter at centrifugatet med kapillarpipette er flyttet over i et separat glas tilsættes lidt vand til bundfaldet, som hvirvles op (pust med kapillarpipette), og der centrifugeres igen. Vaskevandet smides væk og vaskningen gentages med nyt vand som også fjernes. 4. Der tilsættes 10 dr natriumcarbonat, Na2O3, (1 M) og opvarmes i nogle min. Der centrifugeres og væsken kasseres, og behandlingen af bundfaldet gentages med nyt Na2O3 (1 M). Der centrifugeres. undfaldet vaskes med vand. 5. undfaldet fra 4 opløses i 10 dr eddikesyre, H 3 OOH, (4 M) (evt. opvarmning). Hvis der stadig er bundfald eller opløsningen er uklar, centrifugeres. 6. a N: r(vi) er cancerogent. Derfor: brug handsker til punkt 6 og 7 og til oprydning efter dem; arbejd i stinkskab; pas ekstra på med spild og affald, der indeholder r. entrifugatet tilsættes kaliumchromat, K2rO4 (0,5 M) til fuldstændig fældning (ca 4 dr). Et gult bundfald indicerer a. Efter 5 min centrifugeres.

6 7. Sr entrifugatet fra punkt 6 tilsættes 4 dr Na2SO4 (0,5 M) og opvarmes på dampbad. Et hvidt bundfald efter afkøling indicerer Sr. 8. a og entrifugatet fra sulfatfældningen (punkt 2) neutraliseres med Na2O3 (1 M) (ca. 3 dr.) (indtil svagt bundfald (efter blanding) eller ph >7 ) og gøres svagt sur med phosphateddikesyre til opløsningen er klar igen eller ph < 7. 9. a Opløsningen opvarmes på dampbad, hvorefter der tilsættes 5 dr ammoniumoxalat (mættet), (NH4)22O4. landingen henstår til fuldstændig, frivillig afkøling. Et hvidt bundfald angiver a som a2o4. Hvis der er bundfald centrifugeres det fra. 10. entrifugatet fra oxalatfældningen opvarmes på dampbad og tilsættes et overskud af ammoniak, NH 3, (12 M) (kan lugtes!). konc. 11. Henstand og afkøling under vandhanen; hvis der ikke er bundfald gnides med en glasspatel på glassets inderside for at fremme kimdannelse. Derefter centrifugeres. 12. undfaldet vaskes og tilsættes derefter 2 dr. natriumhydroxid, NaOH (2 M) og opvarmes til al ammoniak (også fra bundfaldet som er NH 4 PO 4 ) er bortkogt. Gennembobling ved hjælp af kapillarpipette fremmer bortkogningen. 13. undfaldet opløses i 2 dr. saltsyre, Hl, (4 M). Der tilsættes 2 dr. quinalizarin, og opløsningen gøres basisk med natriumhydroxid, NaOH, (2 M) (tilsæt indtil væsken skifter fra orange til blå). 14. Ved opvarmning til kogning vil blive udfældet som en uopløselig, blå chelatforbindelse mellem (OH)2 og quinalizarin. entrifuger for at se et evt. bundfald, for quinalizarin er selv blå i basisk væske. Kommentarer og spørgsmål 1. Find opløselighedsprodukterne for ao3, aso4, aro4, SrO3, SrSO4, SrrO4, ao3, aso4 og a(2o4). 2. Tegn jerrum diagrammet for syre-base systemet HSO 4 - SO4 2. 3. arium og strontium fældes med 0,5 M opløsning af Na2SO4. Antag, at der anvendes 1 dr Na2SO4 opløsning ( 0,05 ml ) i overskud ( d.v.s. udover det, der forbruges til fældningen), at ph i opløsningen er 1 og totalrumfanget er 1 ml.

7 eregn ligevægtskoncentrationen af sulfationer i opløsningen. eregn ligevægtskoncentrationerne af a 2+, Sr 2+ og a 2+. 4. ehandlingen med Na2O3 opløsningen har til formål at omdanne de fældede sulfater til karbonater. Er opløsningen sur eller basisk under denne omdannelse? Skriv reaktionsligningerne for omdannelserne og beregn ligevægtskonstanterne ud fra opløselighedsprodukterne. Forklar hvorfor aso4 omdannes til ao3 selv om aso 4 er tungest opløselig. 5. ao3 og SrO3 opløses i 4 M eddikesyre. Antag, at halvdelen af eddikesyren er forbrugt ved opløsningsprocessen. Opskriv reaktionen. eregn ph af opløsningen. 6. Det er meget vigtigt at ph er rigtig ved chromatfældningen. Hverken a(hro 4 ) 2 eller ar 2 O 7 er tungtopløselige. 7. I opløsningen fra chromatfældningen påvises strontium ved en sulfatfældning. En sulfatfældning på dette sted angiver, at analysen indeholder strontium fordi a- ion koncentrationen er meget lille efter chromatfældningen. 8. Phosphateddikesyre består af 0,2 M Na 2 HPO 4 i 1,7 M eddikesyre. 9. arium og strontium giver også et hvidt bundfald med ammonium oxalat, men de findes ikke i centrifugatet fra punkt 2, hvis der var tilsat tilstrækkelig Na 2 SO 4. 13. Quinalizarin (alizarin bordeaux): 1,2,5,8-tetrahydroxyanthraquinon, O H O O H O H danner blå komplekser med atomer på overfladen af (OH) 2 bundfaldet mens det dannes. Formodentlig er det O H O O O + O H OH O + O enten O H eller OH O O + O O +