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Gravimetrie und Volumetrie Lösungen Übungsaufgaben zur Qualitativen Analyse 1. Warum darf man Cyanid-Abfälle niemals ansäuern? Weil sich sonst gasförmige HCN (Blausäure) bilden kann: CN-(aq) + H3O+(aq) → HCN(g) + H2O(l) 2. Wie müssen Alkalimetalle aufbewahrt werden? Weshalb ist der Kontakt mit halogenhaltigen Lösungsmitteln unbedingt zu vermeiden? Was muss bei der Vernichtung von Alkalimetallresten beachtet werden? In-nicht protischen, nicht halogenierten, unpolaren organischen Lösungsmitteln, z.B. Toluol oder Petrolether. 4 Na(s) + CCl4(l) + O2 (g) → CO2(g) + 4 NaCl(s) 2 Na(s) + 2 C2H5OH(l) → 2 C2H5ONa + H2(g) 3. Welche Folgen sind bei der Zugabe von konz. H2SO4 zu Perchloraten, Nitraten, Peroxiden, Permanganat und Chlorat zu erwarten, speziell bei Gegenwart von organischen Verbindungen? Bildung brennbarer oder sogar explosiver Gemische. 4. Was versteht man Mangelerscheinung? im biochemischen Sinn unter Vergiftung und unter Vergiftung: Konzentration der Substanz im Gewebe oberhalb des Optimums Mangelerscheinung: Konzentration der Substanz im Gewebe unterhalb des Optimums 5. Wovon hängt die Giftigkeit von Metallsalzen ab? Erläutern Sie den Sachverhalt am 2+ Beispiel von Ba -Salzen! Bei oraler Aufnahme von der Löslichkeit: BaCl2 > BaCO3 > BaSO4 6. Erläutern Sie, warum Benzol viel giftiger als Toluol und Chromate viel giftiger als Cr3+Verbindungen sind! Benzol ist giftiger als Toluol, das Benzol nicht ohne weiteres abgebaut werden kann und in die DNA zwischen den Basenpaaren eingelagert werden kann (Interkalationsreaktion) Prof. Dr. T. Jüstel Analytische Chemie Gravimetrie und Volumetrie Lösungen 7. Warum erwärmen sich konzentrierte Säuren beim Mischen mit Wasser? Stark exotherme Säure-Base Reaktion ziwschn H2O und der Säure. 8. Wie reagiert Zink mit verdünnter H2SO4, konz. H2SO4, verd. HCl bzw. konz. HCl? Zn + H2SO4(verd.) → ZnSO4 + H2 Zn + H2SO4(konz.) → ZnO + SO2 + H2O Zn + HCl(verd.) → ZnCl2 + H2 Zn + HCl(konz.) → ZnCl2 + H2 9. Um welchen Reaktionstyp handelt es sich bei der Darstellung von elementarem Chlor aus PbO2 und HCl? Redoxreaktion: PbO2 + 2 HCl + 2 H+ → Cl2 + Pb2+ + 2 H2O 10. Zu einer wäßrigen NaI- bzw. KBr-Lösung (farblos) wird tropfenweise Cl2-Wasser gegeben. Warum tritt in beiden Fällen eine gelbbraune Farbe der Lösung auf? Werden die erhaltenen Lösungen jeweils mit etwas Chloroform unterschichtet, färbt sich nach Phasentrennung das Chloroform im einen Fall violett, im anderen Fall braun. Erklären Sie diese Phänomene! Oxidation von Iodid und Bromid mit Chlor ergibt die Elemente Iod und Brom: 2 I + Cl2 → I2 + 2 Cl 2 Br- + Cl2 → Br2 + 2 ClSowohl in Wasser gelöstes Brom als auch Iod ergeben eine braune Lösung. 11. Wie können Sie einen Ag2CO3- von einem AgCl-Niederschlag unterscheiden? Durch Zugabe einer verdünnten Säure: Bildung von CO2 12. Wie können Sie beim Sulfatnachweis den auftretenden BaSO4-Niederschlag von eventuell auftretendem BaCO3 oder BaCl2 unterscheiden? Der Niederschlag wird mit verd. HNO3 gewaschen. Löst sich dieser auf, so handelt es sich um BaCO3. Wird der Niederschlag beikm Waschen mit Wasser aufgelöst und lässt sich im Waschwasser mit Silbernitrat Chlorid nachweisen, so handelte es sich um BaCl2. Prof. Dr. T. Jüstel Analytische Chemie Gravimetrie und Volumetrie Lösungen 13. Was versteht man unter dem Begriff "Konzentrationsniederschlag"? Ein Konzentrationsniederschlag entsteht, wenn die Löslichkeit eines sonst löslichen Stoffes durch gleichionigen Zusatz überschritten wird. Bei Verdünnung mit Wasser löst sich dieser auf. Das kann einen Nachweis vortäuschen. 14. Welcher Zusammenhang besteht zwischen folgenden Verbindungspaaren? a) SO2 und H2SO3 b) SO3 und H2SO4 c) CaO und Ca(OH)2 Es handelt sich um Säuren bzw. Basen und deren entsprechende Anhydride. 15. Nennen Sie die gängigen Oxidationszahlen von Schwefel und geben Sie jeweils ein Beispiel für eine Verbindung an! -II H2S -I Na2S2 0 S8 +II H2SO2 +IV H2SO3 +VI H2SO4 16. Geben Sie eine qualitative Erklärung für die unterschiedlichen Reaktionen verschieden konzentrierter Salpetersäuren mit Zink an. Mit welcher physikalischen Größe kann die Oxidations- oder Reduktionswirkung chemischer Verbindungen beschrieben werden? Verd. : Zn + 2 HNO3 0 Konz. : Zn + Zn2+ + 2 NO3- + H2 +V +II 2 HNO3 ZnO +IV + 2 NO2 + H2O + 1e- (red.) - 2e- (ox.) HNO3 ist eine oxidierende Säure, das Oxidationspotential ist konzentrationsabhängig. Physikalische Größe: Redoxpotential Prof. Dr. T. Jüstel Analytische Chemie Gravimetrie und Volumetrie Lösungen 17. Wird CO2 in Barytwasser eingeleitet, setzt nach kurzer Zeit eine Trübung ein. Zugesetztes Phenolphthalein, zunächst noch violett, entfärbt sich beim weiteren Einleiten von CO2, anschließend wird eine allmähliche Verringerung des Niederschlages beobachtet, die schließlich in einer klaren Lösung resultiert. Wird eine Probe dieser Lösung erhitzt, setzt erneut Trübung ein. Wird eine weitere Probe mit NH3 versetzt, entsteht ebenfalls wieder ein Niederschlag. Erläutern Sie die beobachteten Phänomene mit Reaktionsgleichungen! (a) Barytwasser ist die wässrige Lösung von Ba(OH)2 → Ba(OH)2 + CO2 (b) BaCO3 wirkt alkalisch und färbt Phenophtalein leicht rosa H2O + CO2 (c) → H2CO3 → + HCO3- + H (sauer!) + Lösen des BaCO3 durch H -Überschuss BaCO3 + H+ (d) BaCO3 → Ba2+ + HCO3- Zugabe von NH3 führt zur Umwandlung von HCO3- zu CO32- HCO3- + NH3 CO32- + Ba2+ → CO32- + NH4+ → BaCO3 18. Erläutern Sie die exotherme Reaktion beim Einleiten von HX (X = F, Cl, Br, I) in Wasser! Welche der wäßrigen Lösungen von HX ist die stärkste Säure? → H3O+(aq) + Cl-(aq) H3O+ + 3 H2O → H9O4+ (Hydratationsenergie!) HCl(g) + H2O(l) HI ist die stärkste Säure, da die Bindung zwischen H und I am schwächsten ist und HI somit leicht in H2O dissoziiert 319. Was passiert beim Lösen von P2O5 in Wasser? Wie kann der PO4 -Anteil in dieser Lösung erhöht werden? Prof. Dr. T. Jüstel Analytische Chemie Gravimetrie und Volumetrie 2 P2O5 + 6 H2O → Lösungen 4 H3PO4 + ΔH (stark exotherm!!) 3Der Anteil an PO4 kann durch Zugabe von Base erhöht werden 20. Welche Produkte entstehen beim Erhitzen folgender Substanzen? a) Borsäure b) Borax, c) NH4NO3, d) NH4NO2? a) Borsäure 2 H3BO3 ∆T → B2O3 + 3 H2O (600 °C) b) Borax Na2B4O7 ∆T → 2 NaBO2 + B2O3 (600 °C) c) Ammoniumnitrat NH4NO3 ∆T → N2O + H2O (170 °C explosionsartig) Explosion von 4500 t NH4NO3 in Oppauer Stickstoffwerk BASF (1921) 561 Tote, 2000 Verletzte und 7500 Obdachlose Explosionsknall war noch im ca. 300 km entfernten München zu hören! d) Ammoniumnitrit NH4NO2 ∆T → Prof. Dr. T. Jüstel N2 + 2 H2O (60-70 °C explosionsartig) Analytische Chemie Gravimetrie und Volumetrie Lösungen 21. Warum sind +III und +V die stabilsten Oxidationsstufen von Phosphor? Geben Sie jeweils ein Beispiel an! +III [Ne] 3s2 z.B. PCl3 +V [Ne] z.B. PF5, P2O5 P P Die Elektronenkonfiguration von III- und V-wertigem Phosphor sorgt für die Stabilität 22. Welche Substanz entsteht beim erhitzen von Magnesiumammoniumphosphat? Welcher Reaktionstyp liegt hier vor? 2 Mg(NH4)PO4 ∆T → Mg2P2O7 + 2 NH3 + H2O Es handelt sich um eine Kondensationsreaktion (Abspaltung eines Moleküls aus dem Edukt) 23. Auf welcher chemischen Reaktion basiert die technische Herstellung von Schwefelsäure? S + O2 SO2 V2O5 O2 SO3 H2O H2SO4 Es handelt sich um die katalytische Oxidation von SO2 zu SO3 24. Wie lässt sich das Element Eisen technisch aus Eisenoxid herstellen? Durch Reduktion mit Kohlenmonoxid: Fe2O3 + 3 CO °C 1000 → 2 Fe + 3 CO2 25. Erläutern Sie den Aufbau der in der Natur vorkommenden Modifikationen des Kohlenstoffs! Prof. Dr. T. Jüstel Analytische Chemie Gravimetrie und Volumetrie Lösungen Diamant Graphit C ist sp2 hybridisert, Delokalisation über pz 3 C ist sp -hybridisiert Orbitale Raumnetzstruktur Schichtstruktur Hart Weich Farblos Schwarz Kubisch Hexagonal Große Bandlücke Kleine Bandlücke Isolator 2-dim elektrischer Leiter Dichte: 3,51 g/cm3 Dichte: 2,26 g/cm3 26. a) Erläutern Sie die Begriffe Säure und Base nach der Bronstedt-Theorie b) Wie verhalten sich wässrige Lösungen von Natriumacetat, Ammoniumchlorid bzw. Calciumchlorid: Neutral, sauer oder alkalisch? Reaktionsgleichungen angeben! a) Eine Säure ist ein Protonendonator (gibt leicht Protonen ab) Eine Base ist ein Protonenakzeptor (nimmt leicht Protonen auf) b) Natriumacetat: Na+CH3COO- + H2O → Na+ + CH3COOH + OH- (alkalisch) Ammoniumchlorid: NH4Cl + H2O → NH3 + Cl- + H3O+ (sauer) Calciumchlorid: CaCl2 + H2O → Ca2+ + 2 Cl- + H2O (neutral) 27. a) Definieren Sie die Begriffe Gitterenergie und Hydratationsenergie! b) Erklären Sie mit Hilfe dieser Begriffe, warum NaCl leicht löslich und AgCl schwerlöslich ist! a) Gitterenergie: Prof. Dr. T. Jüstel Analytische Chemie Gravimetrie und Volumetrie Lösungen Energie, die frei wird, wenn sich ein Kristall aus Ionen in der Gasphase aufbaut. Hydratationsenergie: Energie, die frei oder verbraucht wird, wenn ein Kristall in Wasser aufgelöst wird. b) NaCl ist leicht löslich, weil die Hydratationsenergie größer als die Gitterenergie ist. AgCl ist hingegen schwerlöslich, da hier die Gitterenergie größer als die Hydratationsenergie ist. Ag+ lässt sich leicht reduzieren: Ag+ + e- → Ag0 Dadurch bildet Ag im Ag-Cl eine starke kovalente Bindung aus hohe Gitterenergie 28. Wie reagieren Alkalimetalle mit Wasser? Reaktionsgleichungen angeben! 2 M + 2 H2O → 2 MOH + H2 (M = Li, Na, K, Rb, Sc) 29. Wie kann man mit Hilfe der Flammenfärbung Kalium neben Natrium nachweisen Na+ gelbe Flammenfärbung 589.0 und 589.6 nm K+ violette Flammenfärbung 404 und 768 nm Blaues Kobaltglas absorbiert gelbe Na+-Linie 30. Warum werden die Reaktionen von Ammonium zusammen mit denen von Kalium und Natrium behandelt? NH4+ und K+ besitzen die gleiche Ionenladungsdichte und reagieren daher sehr ähnlich, die Na+und K+-Verbindungen, NH4-Verbindungen sind jedoch wesentlich instabiler! z. B. Reaktionen mit Chloratanionen: → NH4ClO4 (explosiv) → KClO4 (stabil) NH4+ + ClO4K+ + ClO4- 31. Worauf beruht der Nachweis von Ammonium mit Natron- oder Kalilauge? Prof. Dr. T. Jüstel Analytische Chemie Gravimetrie und Volumetrie Lösungen NaOH und KOH sind starke Basen und verdrängen die schwächere Base NH3 + NH4 + OH → NH3 + H2O Blaukreuzprobe: NH3 + H2O → NH4+ + OH- (färbt Indikatorpapier blau) 32. Wie ändert sich die Löslichkeit folgender Salze der Erdalkalimetalle? a) Sulfate, b) Hydroxide, c) Chromate, d) Carbonate? Für die Löslichkeit von Salzen spielen folgende Faktoren eine Rolle - Gitterenergie: Ionenradienverhältnis, absolute Ionenladung - Hydratatsionsenthalpie: Ionenradius bzw. Ionenladungsdichte a) Sulfate: MgSO4 CaSO4 SrSO4 BaSO4 Löslichkeit 2+ Hydratationsenergie ist hier entscheidend, d.h. bei kleineren Ionen (Mg ) steigt die Hydratationsenergie an b) Hydroxide Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2 Löslichkeit - Hier ist die Hydratationsenergie der OH -Ionen und das Ionenradienverhältnis der Kationen zu Anionen entscheidend c) Chromate MgCO3 > CaCO3 > SrCO3 > BaCO3 Prof. Dr. T. Jüstel Analytische Chemie Gravimetrie und Volumetrie Lösungen Hydratationsenergie der Kationen und das Ionenradienverhältnis ist entscheidend, Mg2+ hat höchste Hydratationsenergie d) Carbonate MgCO3 > CaCO3 > SrCO3 > BaCO3 Hydratationsenergie der Kationen und das Ionenradienverhältnis ist entscheidend, Mg2+ hat höchste Hydratationsenergie 33. Beim Glühen von Calciumoxalat entstehen CO und CO2. Erklären Sie diese Beobachtung über die Oxidationszahlen des Kohlenstoffs im Oxalat! Es handelt sich um eine Disproportionierungsreaktion: +III CaC2O4 ∆Τ +II +IV CaO + CO + CO2 - e- (oxid.) + e- (red.) 34. Warum muss der Nachweis von Mg2+ als MgNH4PO4 aus ammoniakalischer Lösung erfolgen? Da das Dissoziationsgleichgewicht von H3PO4 in ammonialkalischer Lösung vollständig auf der Seite von PO43- liegt. → H2PO4- + H3O+ H2PO4- + H2O → HPO42- + H3O+ HPO42- + H2O → PO43- + H3O+ H3PO4 + H2O Mg 2+ + PO43- + NH4+ Prof. Dr. T. Jüstel → Mg(NH4)PO4 Analytische Chemie Gravimetrie und Volumetrie Lösungen 2+ 35. Warum fällt bei Zugabe von NH4Cl und NH3 zu einer wässrigen Mg -Lösung kein Mg(OH)2 aus? (Massenwirkungsgesetz) Eine Mischung aus NH3 und NH4Cl wirkt als Puffer, daher ist der pH-Wert mit 9.25 zu niedrig, um Mg(OH)2 zu fällen (pH = 12!) Mg 2+ pH 12 → + 2 OH- Mg(OH)2 36. Was entsteht beim behandeln von a) SnS, SnS2 b) As2S3, As2S5 c) Sb2S3, Sb2S5 d) CuS e) PbS f) HgS mit LiOH/KNO3-Lösung? Was passiert beim Wiederansäuern der Lösungen? a) Bildung von löslichen Thiooxostannaten: → [SnSO]2- + H2O SnS2 + 2 OH- → [SnS2O]2- + H2O SnS + 2 OH- +2 +4 Durch NO3 kann Sn zu Sn oxidiert werden: − / NO3 LiOH → SnS + 2 OH- [SnS2O]2- + H2O b) Bildung von Thioarsenaten und Arsenaten − As2S3 + 6 OH / NO3 LiOH → [AsOS2]3- + [AsO2S]3- + 3 H2O As2S5 + 6 OH- / NO3 LiOH → - − [AsS4]3- + [AsO4]-3 + 2 H2O + H2S c) Bildung von Thioantimonaten und Antimonaten − Sb2S3 + 6 OH / NO3 LiOH → [SbOS2]3- + [SbO2S]3- + 3 H2O Sb2S5 + 6 OH- / NO3 LiOH → − [SbS4]3- + [SbO4]-3 + 2 H2O + H2S d-f) CuS, PbS und HgS sind in LiOH/NO3 unlöslich Beim Ansäuern mit HCl kommt es zur Rückreaktion 37. Was entsteht bei der Reaktion von Boraten mit Alkoholen in Gegenwart einer Säure? Prof. Dr. T. Jüstel Analytische Chemie Gravimetrie und Volumetrie Lösungen Bildung von Borsäuretrialkylester H3BO3 + 3 R-OH → B(OR)3 + 3 H2O Verbrennung mit grüner Flamme 38. Was versteht man unter der Leuchtprobe? Die Leuchtprobe basier auf der Lumineszenz des s2-Ions Sn2+ (5s-5p-Übergang) 2+ Sn + 2 Cl → SnCl2(g) ∆T SnCl2(g) → SnCl2* *ν h→ SnCl2 39. Welche Vorprobe eignet sich zum Nachweis von As und Sb? Welches leider nicht eindeutige Kriterium deutet an, ob As oder Sb vorliegt Marsh‘sche Probe: ∆T AsO43-(aq) + Zn(s) → AsH3(g) + Zn2+(aq) Beim Verbrennen von AsH3 bzw. SbH3 schlägt sich an kalten glatten Oberflächen ein As- bzw. SbSpiegel nieder. Der Arsenspiegel lässt sich durch ammoniakalische H2O2-Lösung auflösen: 2 As + 5 H2O2 + 6 NH3 → 2 AsO43– + 6 NH4+ + 2 H2O dagegen der Antimonspiegel nicht. 40. Eine Lösung enthält Sb3+ und Pb2+. Beschreiben Sie mit Hilfe von Reaktionsgleichungen, wie Sie die Ionen voneinander trennen und nachweisen können! Trennung: Pb2+ + Sb3+ + 2 Cl- → PbCl2↓ + Sb3+ Nachweise: Prof. Dr. T. Jüstel Analytische Chemie Gravimetrie und Volumetrie a) Lösungen PbCl2 + H2O(heiß) → Pb + 2 Cl 2+ - Pb2+ + CrO42- → PbCrO4↓ (gelb) b) Sb3+ kann mit der Marsh'schen Probe nachgewiesen werden. 41. Eine Lösung enthält Cu2+, Sb3+ und Bi3+. Beschreiben Sie mit Hilfe von Reaktionsgleichungen, wie Sie die Ionen voneinander trennen und nachweisen können! Siehe Skript! 2+ 42. Eine salpetersaure Lösung enthält Pb und Cu2+. Beschreiben Sie mit Hilfe von Reaktionsgleichungen, wie Sie diese Ionen trennen und qualitativ nachweisen können! Siehe Skript! 43. Warum löst sich Aluminium in Natronlauge und Salzsäure, aber nicht in Wasser? Wie nennt man diesen Effekt und bei welchen Metallen tritt dies noch auf? Aluminium hat amphoteren Charakter: H O+ − OH [Al(H2O)6]3+ ←3→ Al(OH)3 ← → [Al(OH)4]- H O+ − 2+ 2+ OH Zn ist ebenfalls ein amphoter: Zn ←3→ Zn(OH)2 ← → [Zn(OH)4]2- 44. In welcher Form liegen die entsprechenden Ionen in stark alkalischer bzw. stark saurer Lösung vor? Es handelt sich um Aqua- bzw. Hydroxokomplexe 45. Warum fällt Al(OH)3 aus NH3 und NH4Cl versetzten Lösungen aus, nicht aber Mg(OH)2? 3+ Al NH 4 Cl H 2 O NH 3 → Prof. Dr. T. Jüstel Al(OH)3 Analytische Chemie Gravimetrie und Volumetrie Lösungen Al(OH)3 fällt aufgrund der höheren Ionenladungsdichte (370 C/mm3) von Al3+ bereits bei pH 9,25 aus (r Al3+-Ion 68 pm) Mg 2+ Mg 2+ NH 4 Cl H 2 O NH 3 → Mg pH 11−12 → Mg(OH)2 2+ hat eine niedrigere Ionenladungsdichte als Al3+ (120 C/mm3) und fällt daher erst bei pH 11-12 (r Mg2+-Ion 86 pm) 46. Wie nennt man Hydroxide, die sich sowohl in Laugen wie auch in Säuren lösen? Amphoter 47. Wie ändert sich die Säure- bzw. Basenstärke innerhalb einer Periode, innerhalb einer Gruppe, in Abhängigkeit von der Oxidationszahl? P5+ As5+ Alkalität Acidität Sb 5+ Bi3+/5+ Mit steigendem Ionenradius nimmt die Alkalität zu, da die schweren Ionen mit niedriger Ionenladungsdichte weniger negative Ladung von den umgebenden Sauerstoffionen abziehen. Dadurch erhöht sich die neg. Ladungsdichte auf den Sauerstoffionen und damit deren nukleophiler Charakter. Cr2+ Cr(OH)2 Cr3+ Cr(OH)3 Cr6+ CrO4- Prof. Dr. T. Jüstel Alkalität Analytische Chemie Gravimetrie und Volumetrie Lösungen Mit höherer Oxidationszahl nimmt die Alkalität ab, da Ionen mit höherer Ladung stärker die umgebenden Sauerstoffionen polarisieren (Ladung abziehen) und damit die Ladungsdichte auf den Sauerstoffionen sinkt. 48. Welches der Cyanoferrate ergibt mit Fe2+, welches mit Fe3+ Berliner Blau? Fe3+ + K4Fe(CN)6 (gelbes Blutlaugensalz) Fe4[Fe(CN)6]3 Fe2+ + K3Fe(CN)6 (rotes Blutlaugensalz) Fe4[Fe(CN)6]3 49. Was besagt die Endung "-at" in Chromat, Sulfat, Nitrat, Carbonat? Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für die Oxidation von HBr mit K2Cr2O7 in saurer Lösung. Warum lässt sich Cr3+ in alkalischer Lösung mit Br2 zu Chromat oxidieren? Endung „-at“ bedeutet, dass das Zentralatom die jeweils höchstmögliche Oxidationsstufe besitzt. Nitrat N+VO3Phosphat P+VO42Sulfat S+VIO42Oxidation von HBr durch K2Cr2O7 → Redoxsystem I: CrVI2O72- + 6 e- Redoxsystem II: 2 Br- Redoxgleichung: Cr2O72- + 14 H+ + 6 Br- → 2 Cr3+ Br02 + 2 e- /x 1 /x 3 → 2 Cr3+ + 3 Br2 + 7 H2O Oxidation von Cr3+ zu CrO42- durch Br2 Durch die geringe H-Ionenkonzentration sinkt die Oxidationskraft von Chromat: 3+ → 2 CrVIO42- Redoxsystem I: 2 Cr Redoxsystem II: Br02 + 2 e- Redoxgleichung: 2 Cr3+ + 3 Br2 + 16 OH- → + 3 e- /x 2 2 Br- /x 3 → 2 CrO42- + 6 Br- + 8 H2O 50. Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für die Oxidation von Cr 3+ mit H2O2 in alkalischer Lösung! Prof. Dr. T. Jüstel Analytische Chemie Gravimetrie und Volumetrie 3+ 2 Cr Lösungen -I +VI - 2 CrO42- + 8 H2O + 3 H2O2 + 10 OH + 3 e- + e51. Welche Reaktionen eignen sich zum Nachweis von Co, Ni, Mn? Co2+ lässt sich mit Thiocyanat (SCN-) nachweisen: 2+ Co + 2 SCN → Co(SCN)2 (löst sich blau in Amylalkohol) 2+ Ni über die Fällung mit Dimethylglyoxim: 2+ - Ni + 2 H2dmg + 2 OH → [Ni(Hdmg)2] + 2 H2O 2+ Mn über Oxidation zu MnO4-: 2+ + 2 Mn + 5 PbO2 + 4 H → 5 Pb2+ + 2 MnO4- + 2 H2O 52. In welchen Wertigkeitsstufen kommt Mangan vor? Mangan spielt in vielen biologischen Prozessen eine Rolle und ist daher ein wichtiges Spurenelement Es kommt in vielen Oxidationsstufen vor, z.B. Mn2+, 3+, 4+, 5+, 6+, 7+ 53. Formulieren Sie die Reaktionsgleichungen für die Oxidation von H2O2 mit KMnO4 in saurer Lösung! + 2 KMnO4 + 5 H2O2 + 6 H → 2 Mn2+ + 5 O2 + 2 K+ + 8 H2O 54. Welche Verbindung bildet sich bei der Reduktion von KMnO4 in alkalischer Lösung, 2+ zum Beispiel mit H2O2 oder Mn ? (Reaktionsgleichung angeben!) MnO2 bzw. MnO(OH)2 (Braunstein) Prof. Dr. T. Jüstel Analytische Chemie Gravimetrie und Volumetrie Lösungen 55. Die wässrige Lösung einer grünlich (a) gefärbten Substanz wird in zwei Teile geteilt. Beim Versetzen eines Teils mit BaCl2-Lösung fällt ein weißer, in Säuren unlöslicher Niederschlag (b) aus. Der zweite Teil wird in eine stark alkalische Lösung, die H2O2 enthält, gegossen und aufgekocht. Der braune Niederschlag, der sich hierbei gebildet hat (c), ist in Salzsäure löslich (d). Nach Zugabe von KSCN fällt ein roter Niederschlag aus (e) dieser Lösung aus. Um welche Substanz handelt es sich? Geben Sie die Reaktionsgleichungen zu den genannten Vorgängen an! a) Es kann sich um eine Ni2+-, Fe2+- oder Cu2+-Lösung handeln (b) Ba2+ + SO42- (c) → BaSO4(s) → Fe3+ Fe3+ + 3 OH- → Fe(OH)3 (brauner Niederschlag) 2+ Fe + H2O2 d) Fe(OH)3 + 3 HCl e) 3+ Fe + 3 SCN 56. Wie → → kann Fe3+ + 3 Cl- + 3 H2O Fe(SCN)3 man die folgenden Kationen qualitativ nachweisen? (Reaktionsgleichungangeben!) a) Fe3+ b) Zn2+ c) Mn2+ d) Ba2+ 3+ a) Fe + 3 SCN b) ZnO + Co2O3 → → Fe(SCN)3 ZnCo2O4 (Rinmannsgrün) 2+ + c) 2 Mn + 5 PbO2 + 4 H 2+ 2d) Ba + SO4 Prof. Dr. T. Jüstel → → 5 Pb2+ + 2 MnO4- + 2 H2O (Bildung einer violetten MnO4--Lösung) BaSO4(s) (weißer in Säuren unlöslicher Niederschlag) Analytische Chemie Gravimetrie und Volumetrie 57. Wird Cr 3+ Lösungen bevorzugt in saurer oder alkalischer Lösung durch Br2 zu Chromat oxidiert Argumentieren Sie mit einer Reaktionsgleichung und dem Massenwirkungsgesetz! Cr3+ wir bevorzugt in alkalischer Lösung oxidiert, da bei der Oxidation OH- Ionen verbraucht werden. Nach dem Prinzip von LeChatelier wird in einer GG-Reaktion das GG so verschoben, das den extrinsischen Größen (p, T, c) nachgegeben wird. 58. Was versteht man unter einem Sodaauszug und wie wird er durchgeführt? Wie können Sie diese Anionen nachweisen (Reaktionsgleichungen)? Cl-, NO3-, SO42-, CO32-, BO33-, PO43-, BrO3 und Cl nebeneinander, Cl und I nebeneinander. Fällung der störenden Metallkationen durch Fällung als schwerlösliche Carbonate. 59. Die wässrige Lösung einer schwach rosafarbenen Substanz (a) ergibt bei Zugabe von AgNO3-Lösung einen gelblichen, schwerlöslichen Niederschlag (b). Nach dem Abtrennen dieser Fällung versetzt man das Filtrat mit konz. HNO3 und PbO2. Nach längerem Aufkochen färbt sich die Lösung tiefviolett (c). Den zu Beginn abgetrennten, gelben Niederschlag löst man in verd. H2SO4 und Zn. Dabei entsteht ein dunkler Niederschlag, welcher zusammen mit unverbrauchtem Zink abgetrennt wird. Die verbleibende Lösung unterschichtet man mit CCl4 und gibt dann tropfenweise Cl2-Wasser zu. Nach dem Ausschütteln ist die organische Phase braun gefärbt (d). Um welche Verbindung handelt es sich? Geben Sie die Reaktionsgleichungen für die oben beschriebenen Vorgänge an! (a) Schwach rosa Mn2+ (b) Ag+ + Br- (c) 2+ + 2 Mn + 5 PbO2 + 4 H (d) 2 Br + Cl2 → → AgBr (gelblicher Niederschlag) → 5 Pb2+ + 2 MnO4- + 2 H2O Br2 + 2 Cl- (Br2 ist braun gefärbt und löst sich in CCl4) Es handelt sich hier um MnBr2 Prof. Dr. T. Jüstel Analytische Chemie Gravimetrie und Volumetrie Lösungen 60. Eine Substanz zeigt folgende Reaktionen: Sie ist in Wasser leichtlöslich. Nach dem Ansäuern dieser Lösung mit HNO3 und Zugabe von PbO2 färbt sich die Lösung beim Kochen tiefviolett (a). Aus der mit HNO3 angesäuerten Lösung fällt nach Zugabe von AgNO3-Lösung ein weißer Niederschlag (b), der sich nach NH3-Zugabe wieder auflöst (c). Wie heißt diese Verbindung? Erklären Sie das Reaktionsverhalten anhand von Reaktionsgleichungen! (a) 2 Mn2+ + 5 PbO2 + 4 H+ (b) + Ag + Cl (c) AgCl + 2 NH3 → → 5 Pb2+ + 2 MnO4- + 2 H2O AgCl → [Ag(NH3)2]+ + Cl- Es handelt sich um MnCl2 61. Welche Oxidationszahlen haben die Elemente in den folgenden Verbindungen? a) H2SO4 b) Ni2S3 c) FeS2 a) H+I2S+VIO-II4 b) Ni+III2S-II3 c) Fe+IIS-I2 62. Beim Ansäuern einer Chromatlösung tritt ein Farbwechsel von gelb nach orange auf. Erklären Sie diesen Befund anhand einer Reaktionsgleichung! Das Chromatanion wird beim Ansäuern in das Dichromatanion überführt: 2 CrO42- + 2 H3O+ → Cr2O72- + 3 H2O 63. Geben Sie die Oxidationsstufen von Iod in den folgenden Verbindungen an! a) I- b) IO3- c) IO- d) CI4 a) I- (-I) b) IO3- (+V) c) IO- (+I) Prof. Dr. T. Jüstel Analytische Chemie Gravimetrie und Volumetrie e) Lösungen CI4 (-I) 64. Geben Sie die Valenzstrichformeln der folgendenVerbindungen an! AlCl3, CS2, XeF2, + NOCl, PCl4 , NH3, NO2, SO2, Cl2CO, SiH2, BrF3, CH4, H2S! Welche Geometrien besitzen sie? Geben Sie die Oxidationszahlen der Zentralatome an! Verbindung Struktur nach VSEPR Oxidationsstuife des Zentralatoms AlCl3 trigonal-planar +III CS2 linear +IV XeF2 linear +II NOCl gewinkelt +III PCl4+ tetraedrisch +V NH3 trigonal-pyramidal -III NO2 gewinkelt +IV SO2 gewinkelt +IV Cl2CO trigonal-planar +IV SiH2 gewinkelt +II BrF3 T-förmig +III CH4 tetraedrisch -IV H2S gewinkelt -II 65. Für welche Elemente ist die Bleitiegelprobe eine Nachweismethode (Reaktionsgleichungen angeben!)? Nachweismethode für Fluorid und Silikat (Kriechprobe): CaF2 + H2SO4 → 2 HF + CaSO4 (HF ätzt Glas) + 2SiO3 + 4 HF + 2 H 3 SiF4 + 3 H2O → → SiF4 + 3 H2O H2SiO3 (weiß) + H2SiF6 66. Vervollständigen Sie die folgenden Reaktionsgleichungen! a) b) c) d) → SrSO4 + CO2 + H2O 2 CrO42- + 2 H3O+ → Cr2O72- + 3 H2O 3 Cu + 2 NO3- + 8 H3O+ → 3 Cu2+ + 2 NO + 12 H2O (Alternativ NO2) 2 Cu2+ + 4 I- → I2 + 2 CuI SrCO3 + H2SO4 Prof. Dr. T. Jüstel Analytische Chemie Gravimetrie und Volumetrie e) f) g) h) i) j) k) l) m) 2 MnO4+ Lösungen + 5 H2SO3 Ag + 2 NH3 → → 2+ 2 Mn + 5 [Ag(NH3)2] SO42- + + 3 H2O + 4 H + → 2 Na[Al(OH)]4 + 3 H2 2 Mn + 5 + 24 H2O → 2 MnO4- + 10 SO42- + 16 H3O+ 3 As3+ + BrO3- + 6 H3O+ → 3 As5+ + Br- + 9 H2O 2 MnO4- + 5 C2O42- + 8 H+ → 2 Mn2+ + 10 CO2↑ + 8 H2O 2 Cr3+ + 10 OH- + 3 H2O2 → 2 CrO42- + 8 H2O 4 Ag + O2 + 2 H2S → 2 Ag2S + 2 H2O 6 MnO4- + 5 Br- + 18 H3O+ → 6 Mn2+ + 5 BrO3- + 27 H2O 0 2 Al + 2 NaOH + 6 H2O 2+ Prof. Dr. T. Jüstel S2O82- Analytische Chemie
