Übungsbogen 4

Prof. Dr. C. Janiak
Analytische Chemie I
Übungsbogen 4
zum Praktikum/zur Vorlesung Analytische Chemie I
1. Aufgabe
Eine rotbraune, in Wasser schwerlösliche Verbindung zeigt folgende Reaktionen:
i) Sie löst sich in NH3-Lösung unter Bildung einer gelben Lösung.
ii) Sie löst sich in HNO3-Lösung unter Bildung einer orangen Lösung.
iii) Bei Zugabe von Salzsäure zur Lösung in ii) fällt ein weißer Niederschlag aus.
iv) Der weiße Niederschlag aus iii) löst sich unter den Bedingungen von i) wieder auf.
v) Bei Zugabe von Natriumsulfit zu ii) färbt sich die Lösung grün.
a) Um was für eine Substanz handelt es sich?
b) Formulieren Sie qualitativ die ablaufenden Reaktionsgleichungen.
2. Aufgabe
Wie kann man folgende Stoffe in Lösung bringen:
(Geben Sie die benötigten Reagenzien an!)
a) TiO2
c) HgS
e) PbSO4
b) SnO2
d) BaSO4
f) As2S5
3. Aufgabe
Würde man in neutraler Lösung noch eine Fällung von Mangansulfid (MnS) aus einer Lösung
der Konzentration 10–4 mol/l erwarten?
L (MnS) = 10–15 mol2/l2
K1 (H2S) = 10–7 mol/l
K2 (H2S) = 10–13 mol/l
[H2S] = 10–1 mol/l
4. Aufgabe
Erklären Sie die folgenden Beobachtungen:
a) Arsensulfid kann aus einer sauren, aber nicht aus einer alkalischen Lösung gefällt werden.
b) Zinksulfid löst sich in verdünnter Salzsäure, Nickelsulfid jedoch nicht, trotz eines fast
gleichen Löslichkeitsprodukts.
c) Nach Abtrennung der Salzsäuregruppe findet sich Blei auch als Teil des Sulfidniederschlages
in der nachfolgenden H2S-Gruppe.
5. Aufgabe
a) Nennen Sie aus dem Bereich der qualitativen Analyse 4 Beispiele für gemischt valente
Verbindungen, d.h. Verbindungen, in denen ein Element in verschiedenen Oxidationsstufen
auftritt.
6. Aufgabe
Die Leerfelder im folgenden Text sind auszufüllen!
Ihre Vollanalyse kann die folgenden Anionen enthalten:
Cl–, SO42–, PO43–, NO3–, F–, SiO32–, CO32–, S2–
sowie fünf der folgenden Metalle in ionogener Form:
Fe, Co, Cu, Li, Cd, Mn, Ni, Cr, Ba, Al, Sb, Pb, As, Sn, Ca, Ag.
Zeigen Sie an, welchen Folgerungen Sie aus den nachstehend beschriebenen Beobachtungen
ziehen können, d.h. geben Sie an, welche Elemente vorliegen oder nicht vorliegen können!
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Analytische Chemie I
Am Anfang Ihrer Vollanalyse führten Sie zunächst einige Vorproben durch:
Sie beobachteten eine rote Flammenfärbung, die Sie spektroskopisch untersuchten. Sie sahen
eine dünne rote und orange Linie links von der gelben Na-D-Linie. Grüne Linien konnten Sie
nicht beobachten. ⇒ _________
Die Phosphorsalzperle war blau gefärbt, eine grüne Perle war nicht zu erhalten, ebenso keine
gelbe Oxidationsschmelze. ⇒ _____________
Beim Ansäuern der Oxidationsschmelze mit Eisessig trat keine Violettfärbung auf. ⇒ ______
Eine Leuchtprobe nach Zugabe von Zink und etwas HCl zur festen Analysensubstanz war
ebenfalls negativ, und bei der Marsh'schen Proben wurde kein Metallspiegel abgeschieden.
⇒ ______________
Bei den Anionen wurden zunächst durch Zugabe von konzentrierter H2SO4 zur
Analysensubstanz in einem Bleitiegel und Abdecken mit einer Glasplatte eine Probe
durchgeführt, die negativ verlief. ⇒ _________________
Das Verreiben der Probe mit CaF2 und Versetzen mit H2SO4 in einem Bleitiegel, der mit einem
durchbohrten Deckel abgedeckt ist, auf dem schwarzes Filterpapier liegt, brachte nach dem
Erwärmen nur ein negatives Ergebnis. ⇒ ______________
Bei Zugabe von HCl zur Ursubstanz setzte Gasentwicklung ein, Barytwasser in einem
Gärröhrchen wurde getrübt. ⇒ _____________
In einer letzten Anionenprobe versetzten Sie die feste Analysensubstanz mit konz. H2SO4. Die
entstehenden Gase wurden über konz. NH3 geleitet, es bildete sich jedoch kein weißer Rauch. In
die Gase gehaltenes Bleiacetatpapier wurde nicht geschwärzt. Es waren allerdings schwache
braune Dämpfe zu bemerken. ⇒ _____________
Damit waren die Vorproben beendet, und man versuchte die Substanz zu lösen, was schließlich
vollständig in verd. HNO3 gelang. Mit der Zugabe von verd. HCl begann der
Kationentrennungsgang. Es fiel ein weißer Niederschlag aus, der sich in der Hitze nicht wieder
löste, sondern erst beim Versetzen mit NH3. ⇒ ____________
Im Zentrifugat des HCl-Niederschlages wurde nun mit Thioacetamid _____ entwickelt. Bei
größerer Verdünnung fiel ein gelblicher Niederschlag aus, bei dem es sich nur um _________
handeln konnte, was durch Glühen im Tiegel und sodann im Glühröhrchen mit Na2C2O4 durch
Abscheiden eines Metallspiegels noch bestätigt wurde.
Das Zentrifugat der H2S-Gruppe wurde mit SCN– bzw. mit Kaliumhexacyanoferrat(II) auf X
überprüft. Es fiel ein roter bzw. blauer Niederschlag aus. ⇒ X = _________
Bei Zugabe von Ammoniummolybdat zum Zentrifugat entstand kein gelber Niederschlag. ⇒
_____________
Nun wurde mit Urotropin in Gegenwart von NH4Cl gefällt, der Niederschlag abzentrifugiert, in
HCl wieder aufgelöst und X als Chlorokomplex ausgeethert. Aus der wäßrigen HCl-Lösung fiel
beim Kochen mit NH4Cl kein Niederschlag. Ein Test mit Morin in essigsaurer Lösung war
ebenfalls negativ. ⇒ _______
Das Nichtauftreten einer Blaufärbung beim Ausschütteln der mit H2SO4 und H2O2 versetzten
Lösung mit Ether bestätigte das negative Ergebnis der Vorprobe hinsichtlich: __________.
Das Filtrat der Urotropinfällung wurde ammoniakalisch gemacht und mit (NH4)2S ein schwarzer
Niederschlag gefällt. Dieser schwarze Niederschlag konnte nach der Vorprobe
erwartungsgemäß identifiziert werden: Nach Lösen in CH3COOH/H2O2, Versetzen mit KSCN
und Ausschütteln mit Amylalkohol/Ether war die organische Phase blau gefärbt. ⇒ _____
Bei Zusatz von Dimethylglyoxim erfolgte keine Bildung eines roten Niederschlags. ⇒ _____
Als letztes wurde noch der Sodaauszug untersucht. Mit Hilfe der Ringprobe wurde _______
nachgewiesen. Bei Zusatz von Ag+ fiel erwartungsgemäß nach der Vorprobe kein Niederschlag
aus, aber beim Hinzufügen von Ba2+. ⇒ _________
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7. Aufgabe
Vervollständigen Sie durch Einfügen der Produkte oder Edukte die Gleichungen folgender im
Trennungsgang wichtiger Reaktionen:
(Anmerkung: Die Gleichungen brauchen nicht stöchiometrisch richtig gestellt zu werden)
a) Cu2+ + 2 CN– →
-- CN–-Überschuss →
-- H2S →
b)
→ CrO5
c) Br- + Cl2 →
-- Cl2-Überschuss →
2+
d) Cu + NH3 (Überschuss) →
e)
→ Hg + Hg(NH2)Cl
f) Fe(SCN)3 + F– (Überschuss) →
g) MnSO4
→ CO2
-- → MnO4– + MnO2
8. Aufgabe
Bei der Trennung der Erdalkali-Kationen nach dem Chromatverfahren nutzt man die
unterschiedlichen Löslichkeitsprodukte der Erdalkalichromate aus.
Beantworten Sie mit Hilfe einer Rechnung die Frage, ob bei Anwesenheit von jeweils 0.01 mol/l
Ba2+ und Sr2+ in einer gepufferten essigsauren Lösung bei pH = 3 eine Trennung gewährleistet
sein wird. Die Anfangskonzentration an Dichromat sei 0.1 mol/l.
KL(BaCrO4) = 10–10 mol2/l2
KL(SrCrO4) = 10–4.4 mol2/l2
Cr2O72– + 3 H2O ←→ 2 CrO42– + 2 H3O+
K = 10–13 mol3/l3
9. Aufgabe
Durch welche Vorprobe können Sie Arsen und Antimon erkennen und unterscheiden?
Beschreiben Sie die Durchführung, formulieren und begründen Sie die Reaktionsgleichungen.
10. Aufgabe
Wie können Sie aus einer Lösung, die jeweils 10–2 mol/l Cd2+ und Fe2+ enthält, Cadmium
quantitativ als Sulfid ausfällen, ohne dass Eisensulfid merklich mitgefällt wird?
(Rechnung, Begründung, abschließende Aussage)
KL(CdS) = 10–26 mol2/l2
KL(FeS) = 10–20 mol2/l2
–21
3 3
Ionenprodukt von H2S: 10 mol /l
11. Aufgabe
Was sind Urotropin und Thioacetamid (Strukturformel)? Wo werden diese Stoffe eingesetzt,
und wie kommt ihre Wirkung zustande (Reaktionsgleichung)? Was sind ihre Vorteile?
12. Aufgabe
Löst sich Calciumcarbonat bei Zusatz des Liganden EDTA4– auf? Der Ca-EDTA-Komplex mit der
Formel [Ca(EDTA)]2– hat (unter geeigneten Bedingungen) eine Stabilitätskonstante
β = 1010 L/mol bzw. eine Dissoziationskonstante KD = 10–10 mol/L (Hinweis: Die Formel von
EDTA ist hierbei irrelevant.) Das Löslichkeitsprodukt von Calciumcarbonat beträgt 10–8 mol2/L2.
13. Aufgabe
Bei welchen Metallionen kann Hexacyanoferrat(II) als sinnvolles Nachweisreagenz eingesetzt
werden. Wie sieht der Nachweis aus (Farbe, Formel)?
14. Aufgabe
(a) Nennen Sie mindestens 4 Nachweise, bei denen Thiocyanat (Rhodanid) eine Rolle spielt.
Thiocyanat kann dabei auch als Komplex gebunden sein. Wie sieht der Nachweis aus (Farbe,
Formel)?
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(b) Nennen Sie vier Nachweise, bei denen zweiwertiges Zinn als Reagenz eingesetzt wird.
15. Aufgabe
(a) Nennen Sie mindestens 6 Beispiele für Kationen-Nachweise mit organischen Reagenzien,
die Sie kennengelernt haben. Es genügt die Angabe des Kations und des Namens des
organischen Reagenz. Die Formel muss nicht angegeben werden.
(b) Nennen Sie zwei Merkmale die für organische Nachweisreagenzien typisch sind.
16. Aufgabe
Auch bei an sich spezifischen nasschemischen Nachweisen können (vorher) Verfahrensfehler
gemacht worden sein. Welche Fehler können in den folgenden Fällen vorgelegen haben
(Begründung)?
(a) Ihre Analyse enthält u.a. Mn! Sie wollen Mn als violettes Permanganat nachweisen durch
Oxidation mit Peroxodisulfat in saurer Lösung. Es wird aber keine Violettfärbung erhalten.
(b) Ihre Analyse enthält Cu, Cd, As und Sn! Aus Ihrer Analysenlösung fällen Sie zunächst mit
TAA die Sulfide. Die Niederschläge werden von der Lösung abgetrennt und mit
LiOH/KNO3-Lösung (oder NH4-polysulfid) behandelt, um die Sulfide der As-Sn- von denen
der Cu-Gruppe zu trennen. Mit der dadurch erhaltenen Lösung fallen allerdings alle
Nachweise auf Arsen negativ aus.
17. Aufgabe
Welches Sulfid hat die geringere Löslichkeit: Fe2S3 mit KL = 10–85 mol5/L5 oder CuS mit KL =
10–40 mol2/L2? (Begründung!)
18. Aufgabe
Vervollständigen Sie die folgende Tabelle!
maßanalytische
1 Beispiel
Methode
dazu geeigneter
Urtiter (zur Herstellung
dazu chemischer
Indikator
oder Einstellung der
Maßlösung)
Redoxtitration
Neutralisationstitration
Fällungstitration
chelatometrische
Titration
19. Aufgabe
(a) Nennen Sie die Bestandteile der Reinhardt-Zimmermann-Lösung, die bei der
permanganometrischen Titration von Eisen(II) im salzsauren Medium verwendet wird!
(b) Nennen Sie die Wirkung(en) oder Funktion(en), die die Bestandteile der ReinhardtZimmermann-Lösung ausüben!
(c) Formulieren Sie die Konkurrenzreaktion, die Permanganat in salzsaurer Lösung ohne Zusatz
des oben genannten Hilfsstoffs eingeht, in einer Redoxgleichung!
(d) Der Fe2+-Gehalt kann ebenfalls durch eine dichromatometrische Titration bestimmt werden.
Formulieren Sie die grundlegende Redoxgleichung für diese Bestimmung.
(e) Vergleichen Sie entscheidende Vor- und Nachteile der Dichromatometrie und der
Permanganometrie.
(f) Wie gehen Sie vor, wenn Sie nicht sicher sind, ob sich ein Teil der zu titrierenden Lösung
nicht bereits vor der Bestimmung in Eisen(III) umgewandelt hat?
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20. Aufgabe
Eine Iodid-Probenlösung wird in eine Iodlösung überführt und dann mit einer
Thiosulfatmaßlösung titriert.
(a) Formulieren Sie die Gleichung für die eigentliche Titrationsreaktion.
(b) Wie erfolgt die Endpunktsbestimmung?
(c) Was ist bei einer Thiosulfatmaßlösung zu beachten?
(d) Bei der Überführung von I– in I2 wird zunächst das Iodid mit Brom zum Iodat oxidiert. Wie
geht es danach weiter?
(e) Warum gelingt die Oxidation von Iodid zu Iodat mit Brom, obwohl die Normalpotentiale
lauten: E0(Br2/2Br–) = 1.065 V und E0(IO3–/I–) = 1.083 V?
21. Aufgabe
a) Nennen Sie drei Beispiele von Elementen, deren Konzentration Sie mit einer
komplexometrischen Titration bestimmen können.
b) Erläutern Sie die Bedeutung des pH-Wertes bei einer komplexometrischen Titration mit
EDTA. Warum ist ein zu niedriger pH-Wert problematisch?
c) Skizzieren Sie die Strichformel von EDTA
d) Erläutern Sie das Prinzip der Äquivalenzpunktanzeige bei einer komplexometrischen
Titration mit Hilfe eines Indikators.
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