Meten en Maken 1. Toets Harris

Transcriptie

1 Meten en Maken 1 Toets Harris Deze toets bestaat uit vier opgaven die even zwaar tellen. De vier opgaven bestaan allemaal uit deelvragen. Maak elke opgave op een apart antwoordblad. Dit maakt sneller nakijken mogelijk. Vermeld op ieder antwoordblad je naam, studentnummer en versienummer. Je mag boeken, aantekeningen, de practicumhandleiding en de programma s Powerfit, Excel en Titerdat gebruiken. Het gebruiken van de netwerkverbinding voor welk doel dan ook (internet, mail, messengers) is niet toegestaan en leidt tot verwijdering uit de tentamenzaal en de toekenning van 0 punten als eindcijfer. Laat duidelijk zien hoe je aan een antwoord komt, maar probeer hier kort en bondig te zijn. Noteer elk eindantwoord met het juiste aantal significante cijfers. Gebruik voor het berekenen van de molmassa s het periodiek systeem op de binnenkant van Harris. Wanneer niet duidelijk is hoe je aan het antwoord van een berekening komt, kunnen er bij een rekenfout geen punten worden toegerekend. Onleesbare antwoorden zijn ook fout. Schrijf alleen met pen, niet met potlood. Eerst met potlood schrijven en dan met pen overtrekken wordt niet op prijs gesteld. Tip: Lees de vraag goed, en geef ook het antwoord op de vraag. Als er staat dat je een grafiek moet maken met concentraties in mg L -1, doe dat dan ook! Houd de beschikbare tijd in het oog. Advies: Trek voor elke opgave ongeveer 35 minuten uit. Besteed de resterende tijd om nog eens rustig je antwoorden door te lezen. Na afloop lever je de antwoordbladen in, de opgaven mag je meenemen. Laat je naamkaartje op de tafel liggen! Verantwoordelijke docenten: dr. Peijzel, dr. van Walree en dr. Jonker. Veel succes!

2

3 Opgave 1: AAS, lood in kogels Bij het ploegen van een akker worden er kogels gevonden die gebruikt zijn door de naastgelegen kleiduivenschietvereniging. Tot ongeveer 10 jaar geleden werden loden kogels gebruikt, daarna is overgestapt op kogels van bismut, om de milieuvervuiling te beperken. Er zijn echter nog steeds goedkope kogels in de handel die zowel lood als bismut bevatten. De eigenaar van de akker verzamelt een aantal kogels en neemt die mee naar een laboratorium. Daar zal met AAS bepaald worden wat het massapercentage lood in de kogels is. De monsteroplossing wordt bereid door een kogeltje te wegen en op te lossen in een niet nader te noemen zuur. Dit breng je kwantitatief over in een maatkolf van 1000 ml en deze vul je aan tot de streep met 0,01 M salpeterzuur. Dit is de monsteroplossing. De massa van de kogel was 7,1592 g. De voorraadoplossing lood wordt bereid door 1,1569 g lood(ii)acetaat trihydraat eerst op te lossen in 50 ml 0,01 M salpeterzuur en dit vervolgens kwantitatief over te brengen in een maatkolf van 1000 ml en aan te vullen tot de streep. De ijkreeks wordt bereid door met Finn-pipetten volumes van 0,50 tot 4,00 ml te pipetteren, in stappen van 0,50 ml. Deze volumes worden in maatkolven van 100 ml gebracht en de maatkolven worden vervolgens aangevuld tot de streep met 0,01 M salpeterzuur. a) Wat is de loodconcentratie (in mg L -1 ) in de voorraadoplossing? b) Noem een reden waarom je de voorraadoplossing niet maakt door bijvoorbeeld 30 mg lood af te wegen op de analytische balans en dit op te lossen in een geschikt zuur. De monsteroplossing wordt verdund door 1,00 ml ervan te pipetteren in een maatkolf van 250 ml en dit aan te vullen met 0,01 M salpeterzuur tot de streep. Deze oplossing noemen we de meetoplossing. Deze verdunning wordt in triplo gedaan. De ijkreeks en de meetoplossingen worden gemeten met vlam-aas, bij een golflengte van 217,0 nm. Als blanco wordt 0,01 M salpeterzuur gemeten. De gemeten extincties staan verzameld in onderstaande tabel, de extincties zijn al gecorrigeerd met de blanco: Oplossing Extinctie IJkoplossing 1 0,140 IJkoplossing 2 0,272 IJkoplossing 3 0,402 IJkoplossing 4 0,540 IJkoplossing 5 0,668 IJkoplossing 6 0,784 IJkoplossing 7 0,913 IJkoplossing 8 1,040 Meetoplossing 1 0,614 Meetoplossing 2 0,610 Meetoplossing 3 0,616

4 Zet de gemeten extincties uit tegen de concentratie lood (in mg L -1 ) in Powerfit. Bepaal de concentratie lood in de meetoplossing. c) Welke graad kies je voor de polynoom van de ijklijn, en waarom? d) Wat is de concentratie lood in de meetoplossing, geef je antwoord in de vorm van een 95% betrouwbaarheidsinterval. e) Wat is het massapercentage lood in de kogel, geef je antwoord in de vorm van een 95% betrouwbaarheidsinterval. f) Waarom voer je de verdunning van de monsteroplossing in triplo uit? g) Laat met behulp van de oplosbaarheidsproducten in appendix F van Harris zien waarom PbCl 2 niet geschikt is als stof om een ijkreeks van te bereiden.

5 Opgave 2: UV-Vis. Wanneer twee ionen in oplossing bij dezelfde golflengte absorberen is het niet mogelijk om met één UV-Vis meting beide concentraties te bepalen. Indien je echter bij twee golflengtes meet, en voor beide stoffen bij beide golflengtes de molaire extinctiecoëfficiënten weet, dan is het wel mogelijk beide concentraties te bepalen, je hebt immers twee vergelijkingen met twee onbekenden. In Tabel 1 zijn van twee ionen de molaire extinctiecoëfficiënten weergegeven voor 365 en 700 nm: Tabel 1: Molaire extinctiecoëfficiënten van ionen A en B ε 365 nm (L mol -1 cm -1 ) ε 700 nm (L mol -1 cm -1 ) A B In Tabel 2 zijn de gemeten extincties bij 365 en 700 nm weergegeven voor een drietal oplossingen die de ionen A en B in verschillende hoeveelheden bevatten. Tabel 2: Gemeten extincties bij 365 en 700 nm (in 1,000 cm cuvetten) Oplossing A 365 A ,450 0, ,614 0, ,620 0,0945 a) Bereken de concentraties van A en B in oplossing 1 (in mol L -1 ). De weglengte is 1,000 cm. b) Wat wordt de transmissie van oplossing 1 bij 365 nm als 2,000 cm cuvetten worden gebruikt? c) Waarom hebben metingen van oplossingen met een extinctie boven de 2,0 over het algemeen geen (analytisch) nut meer? Chroom in scheermesjes: Een scheermesje van 0,570 g wordt opgelost, het chroom wordt geoxideerd tot chromaat (CrO 4 2- ) en de oplossing wordt verdund tot 1000 ml in een maatkolf. De extinctie van deze oplossing wordt gemeten met 1,00 cm cuvetten bij 370 nm. Deze bedraagt 0,523. De molaire extinctiecoëfficiënt van chromaationen is 4, L mol -1 cm -1. Neem voor deze vraag aan dat bij 370 nm alleen het chromaat aan de absorptie bijdraagt. d) Bereken het massapercentage Cr in het scheermesje. e) Welke massa kaliumchromaat moet je oplossen in 5,000 L demiwater om een extinctie van 1,000 te meten bij een cuvetlengte van 1,000 cm? f) Geef een voorbeeld van een analyse die wel met UV-Vis, maar niet met AAS uitgevoerd kan worden, en ook een voorbeeld van een analyse die wel met AAS, maar niet met UV-Vis uitgevoerd kan worden. g) Bij welke golflengte verwacht je het absorptiemaximum van een kaliumpermanganaatoplossing?

6 Vraag 3: Ionselectieve elektrodes en ph Een ionselectieve elektrode voor calcium geeft een respons zoals beschreven is in vergelijking 15-8 (6 e editie vergelijking 15-6). De waarde van β is 0,958. a) Bespreek kort wat de rol van β in deze vergelijking is, met andere woorden: waarvoor wordt gecorrigeerd? De selectiviteitscoëfficiënt geeft aan hoe de ionselectieve elektrode reageert op andere ionen. Door de potentiaal van de calcium-ise in oplossingen van calciumionen te meten met verschillende concentraties magnesium kan de selectiviteitscoëfficiënt k Ca,Mg berekend worden. In onderstaande Tabel 3 zijn de concentraties Ca 2+ en Mg 2+ van een aantal meetoplossingen gegeven en de gemeten potentiaal van de calcium-ise in die oplossingen: Tabel 3: Metingen met de calcium-ise: concentraties Ca 2+ en Mg 2+ en gemeten potentiaal. [Ca 2+ ] [Mg 2+ ] potentiaal t.o.v. referentie (mm) (mm) (mv) 0, ,0 0, ,8 0, ,4 0, ,3 b) Bereken met behulp van Powerfit de selectiviteitscoëfficiënt k Ca,Mg. Ga uit van vergelijking 15-8, zowel mét als zonder storend ion. Leid vervolgens een verband af tussen het verschil van de gemeten potentiaalverschillen en de verhouding van de concentraties. Je mag concentraties gebruiken in plaats van activiteiten. De selectiviteitscoëfficiënten voor verschillende ionen voor een ZINKselectieve elektrode staan in onderstaande Tabel 4: Tabel 4: Selectiviteitscoëfficiënten voor verschillende ionen voor een zinkselectieve elektrode. Storend ion Y k Zn 2+,Y Mg 2+ 0,023 Ba 2+ 0,019 Ca 2+ 0,061 c) Wanneer de drie ionen uit de tabel alle in dezelfde concentratie aanwezig zijn, welke stoort dan het minst bij de zinkmeting? Bij de bepaling van fluoride in tandpasta heb je TISAB gebruikt. Dit is een phbuffer, het bevat complexvormers tegen storende ionen maar het heeft ook nog een andere functie. d) Licht die andere functie toe.

7 De werking van een ph-meter berust ook op het gebruik van een ionselectieve electrode, in dit geval uiteraard voor H +. Voordat de ph gemeten wordt moet eerst de β van de electrode vastgelegd worden. e) Beschrijf kort hoe de β van een ph-electrode in de praktijk wordt bepaald. f) Bij ph meting storen natriumionen. Is de storing groter in een zure of in een basische oplossing, en waarom? Je wilt exact 100 ml van een 0,200 M benzoaatbuffer met ph 4,10 bereiden. Je beschikt over demiwater, natriumbenzoaat, 3M zoutzuur, 3M NaOH een geijkte ph-meter, en een standaard laboratoriuminventaris. g) Beschrijf welke handelingen je verricht om deze buffer te bereiden.

8 Vraag 4: Chromatografie a) De retentietijd in een GC met een (diphenyl) 0,65 (dimethyl) 0,35 polysiloxaan kolom zijn 2,20 minuten voor CH 4 ; 4,06 minuten voor hexaan; 4,80 minuten voor X en 6,12 minuten voor heptaan. Bereken de Kovats retentie index van stof X. b) Op een bepaald type kolom zijn de Kovats retentie indices voor 1- butanol 449, 1-hexanol 778 en 1-aminopentaan 812. Een mengsel van hexaan, heptaan, octaan, 1-butanol, 1-hexanol en 1-aminopentaan wordt geïnjecteerd op de kolom. In welke volgorde passeren ze de detector? c) Een mengsel van polaire stoffen werd gescheiden op een bonded phase diol HPLC kolom. Wat is de invloed op de retentietijden wanneer het eluens wordt veranderd van 60% naar 40% acetonitril in water? d) Voor welk soort stoffen is de vlamionisatiedetector ongeschikt bij GCanalyse. Leg uit waarom en geef twee mogelijke alternatieve detectoren die je kan gebruiken bij GC. Noem van beide detectoren één relevant voordeel en één relevant nadeel. e) Geef een voorbeeld van een scheiding die makkelijker met GC te doen is dan met HPLC. Leg kort uit waarom je dit denkt. f) Waarom is bij kwantitatieve GC-analyses vaak het gebruik van een interne standaard noodzakelijk? In onderstaande tabel staan de kookpunten van enkele stoffen vermeld. stof Kookpunt ( o C) propaanzuur hexanol 140 isopentylacetaat 142 3,4-dimethylheptaan 140 g) In welke volgorde komen deze stoffen met GC van een poly(ethyleenglycol) kolom bij 70 o C en bij 270 o C.