Zadanie 11.
W celu oznaczenia stężenia określonych jonów w roztworze należy strącić je całkowicie w postaci trudno rozpuszczalnego osadu, który po odsączeniu suszy się i praży do uzyskania stałej masy. Tę metodę stosuje się m.in. w oznaczaniu zawartości jonów żelaza(III) w badanej próbce.

W wyniku reakcji strącania jonów Fe³⁺ za pomocą nadmiaru jonów wodorotlenkowych z roztworu wydziela się uwodniony tlenek żelaza(III):

2Fe³⁺ + 6OH^– → Fe₂O₃ ∙ 3H₂O↓

Wyodrębniony ilościowo osad praży się w temperaturze ok. 1000 °C do uzyskania bezwodnego Fe₂O₃. 

^{Na podstawie: J. Minczewski, Z. Marczenko, Chemia analityczna, Warszawa 2022.}

 

Zadanie 11.1.
Aby oznaczyć stężenie jonów żelaza(III), z próbki roztworu o objętości 100 cm³ całkowicie strącono uwodniony tlenek żelaza(III). Osad wyodrębniono ilościowo, przeniesiono do tygla i prażono do uzyskania stałej masy tlenku żelaza(III), równej 0,040 g.
Oblicz stężenie molowe jonów żelaza(III) w badanym roztworze. 

 

---

Odpowiedź: Stężenie jonów żelaza(III) w badanym roztworze wynosi 0,005 mol/dm³.

 

---

Wyjaśnienie:

Znając masę molową tlenku żelaza(III) (Fe₂O₃, M = 160 g/mol) wyznaczamy liczbę jego moli w próbce otrzymanej po wyprażeniu (o masie m = 0,04 g):

$n=\frac{m}{M}$

gdzie:

n - liczba moli,

m - masa,

M - masa molowa.

$n_{\mathrm{Fe}{}_2\mathrm{O}{}_3}=\frac{0,04\mathrm{g}}{160\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}}$

$n_{\mathrm{Fe}{}_2\mathrm{O}{}_3}=2,5\cdot 10^{-4}\mathrm{mol}$

Zgodnie ze stechiometrią równania reakcji:

$2\mathrm{Fe}{}^{3+}+6\mathrm{OH}{}^{-}\to \mathrm{Fe}{}_2\mathrm{O}{}_3\cdot 3\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}$

Z dwóch moli kationów Fe³⁺ powstaje 1 mol uwodnionego tlenku żelaza (gdzie dalej w wyniku prażenia powstaje 1 mol bezwodnego Fe₂O₃). Oznacza to że w roztworze początkowo znajdowała się dwukrotnie większa ilość tych kationów:

$n_{\mathrm{Fe}{}^{3+}}=2\cdot 2,5\cdot 10^{-4}\mathrm{mol}$

$n_{\mathrm{Fe}{}^{3+}}=5\cdot 10^{-4}\mathrm{mol}$

Znając objętość roztworu:

$V=100\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3=0,1\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3$

obliczamy stężenie molowe tych kationów w badanym roztworze:

$c_m=\frac{n}{V}$

gdzie:

c_m - stężenie molowe,

n - liczba moli

V - objętość (w dm³).

$c_m=\frac{5\cdot 10^{-4}\mathrm{mol}}{0,1\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}$

$c_m=5\cdot 10^{-3}\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}$

$c_m=0,005\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}$