KWALIFIKACJA CHM4 - STYCZEŃ 2016

PYTANIE NR 24.
Głównym składnikiem pewnego stopu jest miedź, a pozostałe to ołów i cynk. Po roztworzeniu tego stopu w kwasie azotowym(V) zawartość miedzi należy oznaczyć
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Metoda elektrolityczna (elektrograwimetria) pozwala ilościowo oznaczyć miedź po roztworzeniu stopu w HNO3, ponieważ Cu2+ może zostać zredukowana i wydzielona jako metal na katodzie, a następnie oznaczona przez przyrost masy elektrody.
Pomiar przewodnictwa lub refrakcja nie są selektywne dla Cu w mieszaninie jonów Pb i Zn.

Pełne wyjaśnienie:

Po roztworzeniu stopu zawierającego miedź, ołów i cynk w kwasie azotowym(V) otrzymuje się roztwór jonów metali (m.in. Cu2+, Pb2+, Zn2+) w środowisku azotanowym. Celem jest ilościowe oznaczenie zawartości miedzi, czyli takie, które daje wynik w postaci masy lub stężenia Cu, a nie jedynie ogólnej cechy roztworu.

Odpowiedź "metodą elektrolityczną" jest właściwa, ponieważ w elektrograwimetrii prowadzi się elektrolizę roztworu tak, aby jony Cu2+ ulegały redukcji na katodzie zgodnie z reakcją: Cu2+ + 2e → Cu. Wydzielona metaliczna miedź osadza się na katodzie i może zostać oznaczona przez zważenie elektrody przed i po elektrolizie; różnica mas odpowiada masie osadzonej miedzi. Selektywność metody wynika z doboru warunków elektrolizy i różnic w zachowaniu jonów metali (związanych z potencjałami redoks), co pozwala wydzielać miedź w sposób uprzywilejowany.

Dlaczego pozostałe propozycje są niepoprawne:

  • "metodą wagową" – sformułowanie jest zbyt ogólne. Sama "waga" nie oznacza jeszcze poprawnej, selektywnej procedury dla Cu w obecności Pb i Zn; bez wskazania konkretnego, selektywnego strącania/reakcji nie jest to najlepsza odpowiedź na pytanie o właściwą metodę oznaczania miedzi po roztworzeniu stopu.
  • "mierząc przewodnictwo roztworu" – przewodnictwo zależy od sumarycznej zawartości i ruchliwości wszystkich jonów w roztworze (Cu2+, Pb2+, Zn2+, NO3 itd.), więc nie daje selektywnego oznaczenia samej miedzi.
  • "metodą refraktometryczną" – refraktometria mierzy współczynnik załamania światła, który koreluje głównie z ogólnym stężeniem substancji rozpuszczonych; w mieszaninie jonów metali nie pozwala wiarygodnie i selektywnie wyznaczyć zawartości Cu.

W praktyce laboratoryjnej elektrograwimetria jest ceniona, bo daje wynik bezpośrednio związany z masą wydzielonego metalu, a przy poprawnym prowadzeniu elektrolizy może być metodą odniesienia w analizie stopów.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Elektrograwimetria to ilościowa metoda analizy, w której jony metalu (np. Cu2+) wydziela się na elektrodzie podczas elektrolizy, a wynik wyznacza się z przyrostu masy elektrody. Działa szczególnie dobrze dla metali, które można osadzić jako czysty metal w kontrolowanych warunkach.
Po roztworzeniu stopu w HNO3 miedź przechodzi do roztworu jako Cu2+. Podczas elektrolizy na katodzie zachodzi redukcja Cu2+ + 2e → Cu, więc miedź osadza się jako metal. Odpowiednie warunki ograniczają współosadzanie innych jonów.
Selektywność oznacza, że w danych warunkach metoda reaguje (lub daje sygnał) głównie od jednego składnika. W elektrograwimetrii dobiera się warunki elektrolizy tak, aby preferentialnie wydzielić Cu na katodzie, a nie uzyskać wynik zależny od całej mieszaniny jonów.
Przewodnictwo roztworu zależy od wszystkich jonów obecnych w próbce oraz ich ruchliwości, a nie tylko od Cu2+. W roztworze po roztworzeniu stopu są także jony Pb2+, Zn2+ i aniony azotanowe, więc sam pomiar przewodnictwa nie pozwala wyznaczyć ilości miedzi w sposób wiarygodny i selektywny.
Refraktometria mierzy współczynnik załamania światła, który rośnie wraz z ogólnym stężeniem substancji rozpuszczonych. W mieszaninie jonów metali sygnał refraktometryczny nie jest przypisany wyłącznie do miedzi, więc nie da się z niego bezpośrednio i jednoznacznie obliczyć zawartości Cu w obecności Pb i Zn.
Najczęściej waży się czystą, przygotowaną katodę przed elektrolizą, następnie prowadzi elektrolizę aż do ilościowego osadzenia miedzi, po czym katodę płucze, suszy i waży ponownie. Różnica mas odpowiada masie osadzonej miedzi, z której oblicza się jej zawartość w próbce.
Typowe błędy to zły dobór warunków (np. zbyt wysokie napięcie lub niewłaściwa kwasowość), co może powodować współosadzanie innych metali, oraz niedostateczne wypłukanie i wysuszenie katody przed ważeniem. Częstym problemem jest też przerwanie elektrolizy przed całkowitym wydzieleniem Cu.
Ogólnie metody wagowe mogą służyć do oznaczeń ilościowych, ale muszą być konkretne i selektywne (np. wytrącenie w ściśle określonej postaci i warunkach). W tym typie zadania szkolnego, po roztworzeniu stopu Cu–Pb–Zn, jako klasyczną i standardową metodę wskazuje się elektrograwimetrię.
Elektrograwimetrię wybiera się m.in. wtedy, gdy potrzebna jest metoda klasyczna/referencyjna, możliwa do wykonania bez aparatury spektrometrycznej, oraz gdy matryca i warunki pozwalają na ilościowe, czyste osadzenie metalu. AAS/ICP są szybkie i nowoczesne, ale wymagają specjalistycznej aparatury i wzorcowania.
Wskazówką jest opis: roztworzenie stopu w kwasie (powstają jony metali), a następnie potrzeba oznaczenia zawartości miedzi metodą, która wykorzystuje jej wydzielanie na elektrodzie. Jeśli w odpowiedziach pojawia się "metoda elektrolityczna", zwykle chodzi o elektrograwimetrię (osad Cu na katodzie i ważenie).
info

To pytanie poprawnie rozwiązuje 54% zdających egzamin. trudne

Źródła:

  • PN-ISO 1553: Materiały metaliczne — Oznaczanie miedzi w stopach miedzi — Metoda elektrograwimetryczna (tytuł i zakres normy wskazane w kontekście zadania)
  • Skoog, West, Holler, Crouch: "Fundamentals of Analytical Chemistry" — rozdział dotyczący metod elektrochemicznych/elektrograwimetrii (opis zasady wydzielania metalu na elektrodzie i oznaczania ilościowego)
  • Harris: "Quantitative Chemical Analysis" — część poświęcona metodom elektroanalitycznym, w tym elektrograwimetrii (zależność wyniku od przyrostu masy elektrody)

Materiały:

  • Podręcznik chemii analitycznej: dział analizy ilościowej i metody elektrochemiczne
  • Instrukcje laboratoryjne (ćwiczenia) z elektrograwimetrii miedzi
  • Normy/standardy opisujące oznaczanie Cu metodami klasycznymi (jeśli dostępne w pracowni)

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego