Всероссийская олимпиада школьников по химии 2005/2006 г

Областной этап. Экспериментальный тур.
Деcятый класс.
.

Определение содержания меди

Задание 1. На склянке с зеленым порошком, нерастворимым в воде, обнаружена надпись «углекислая медь». Медь образует несколько карбонатов, общую формулу которых можно представить как nCu(OH)₂*CuCO₃. Вы должны определить массовую долю меди в этом веществе и дать обоснованное заключение о его составе.

Известно, что растворимые соли меди(II) взаимодействуют с иодидом калия с выделением йода, а йод быстро и количественно реагирует с тиосульфатом натрия:

I₂ + 2Na₂S₂O₃ = 2NaI + Na₂S₄O₆

В Вашем распоряжении навеска вещества, раствор тиосульфата натрия с известной молярной концентрацией, растворы KI, H₂SO₄, крахмала, необходимое оборудование.

Используя эту информацию, составьте план анализа, напишите схемы реакций. На выполнение этого задания Вам отводится 20-30 минут.

Если вы справились раньше – сдайте отчет и получите у преподавателя задание 2.

"- - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Задание 2. (Выдается отдельно, после выполнения задания 1)

Взаимодействие солей меди с иодид ионами можно выразить уравнением:

2Cu²⁺ + 4 I^- = 2CuI + I₂

Выделившийся йод окрашивает раствор и осадок в желтый цвет. Определение количества йода основано на титровании пробы раствором тиосульфата натрия до исчезновения окраски. Для более точного определения используется индикатор – крахмал.

Растворение навески, приготовление рабочего раствора. Выданную навеску вещества полностью перенесите в мерную колбу на 100 мл и растворите, постепенно приливая примерно 25 мл 10%-ного раствора серной кислоты. Дождитесь полного растворения осадка, затем доведите объем раствора до 100 мл и тщательно перемешайте.

Проведение анализа. В колбу для титрования отмерьте мерной пипеткой 10 мл рабочего раствора и добавьте 10 мл 15%-ного раствора KI (мерным цилиндром). Перемешайте смесь, закройте колбу и оставьте в темноте на 15 минут. За это время подготовьте бюретку, заполните ее раствором тиосульфата натрия. Перемешивая, титруйте смесь до желтого окрашивания. Чтобы уменьшить адсорбцию йода на осадке, добавьте в колбу 10 мл раствора роданида аммония, затем несколько капель раствора крахмала. Продолжайте титровать при тщательном перемешивании до исчезновения синей окраски. Запишите объем раствора тиосульфата V_т.

Повторите титрование еще 2-3 раза до получения сходящихся результатов. Для расчетов используйте средние значения. Проведите холостой опыт. Для этого отмерьте в колбу для титрования 10 мл раствора KI, добавьте крахмал, и, если появилось синее окрашивание, оттитруйте до обесцвечивания. Запишите объем раствора тиосульфата V₀. Повторите титрование еще 2-3 раза до получения сходящихся результатов.

Уберите рабочее место.

Оформление отчета. Напишите уравнения реакций, и все данные титрования: объем пробы – объем раствора тиосульфата. Выведите формулы для расчета массовой доли меди (учтя массу навески m_нав, объем мерной колбы (V_к) и пробы (V_пр), раствора тиосульфата V_т и V₀, концентрацию тиосульфата с_т).

Проведите необходимые расчеты, сделайте вывод о вероятной формуле исследуемого вещества.

"- - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Решения экспериментального тура.

Задание 1. План, методика, схемы реакций ясны из задания 2.

Задание 2. Пример вычислений:

Согласно уравнению реакции n(Cu²⁺) = n(Na₂S₂O₃), то n(Cu²⁺) = с_т(V_т-V₀)/1000

Учитывая объем пробы и мерной колбы, получаем количество вещества меди в навеске:

n(Cu) = с_т(V_т-V₀)V_к/1000V_пр;

тогда масса меди в навеске равна m(Cu) = M*n = M(Cu) с_т(V_т-V₀)V_к/1000V_пр

и, окончательно, массовая доля: w(Cu) = M(Cu) с_т(V_т-V₀)V_к/1000(V_прm_нав)

Подставив некоторые численные данные, формулу можно упростить:

w(Cu) = 0,635ст(V_т-V₀)/m_нав

Пусть масса навески 0,96 г, на титрование пробы рабочего раствора израсходовано V_ср.т=8,8 мл раствора тиосульфата с концентрацией 0,1моль/л, V₀=0,1 мл.

Подставляя эти значения получим: w(Cu) = 0,575 = 57,5%

Исходя из общей формулы nCu(OH)₂*CuCO₃: w(Cu) = (n+1)*63,5/(n*97,5+123,5); откуда

n = (123,5w(Cu)-63,5)/63,5-97,5*5w(Cu)) = 1

Формула соли Cu(OH)₂*CuCO₃ или (CuOH)₂CO₃

Оценивание:

Задание 1. План анализа 5 баллов

Задание 2. Отчет 5 баллов, расчеты 2 балла, техника работы 5 баллов,

Дополнительные баллы участникам, первыми закончившим эксперимент, за быстроту и аккуратность в работе, при условии правильного выполнения и достаточно полного описания хода работы – до 3 баллов

Суммарная оценка 20 баллов.

Можаев Г. М., старший преподаватель
Тюменского государственного университета