Analytische Chemie IVersuchsprotokoll
7.1 Synthese und Charakterisierung der Komplexverbindung Tetraamminkupfer(II)-sulfat
1.!Theoretischer Hintergrund
Aus Kupfer(II)-sulfat und Ammoniak wird zunächst die Kompexverbindung [Cu(NH3)4]SO4 hergestellt. Es wird die Ausbeute durch Wägung bestimmt.
Anschließend wird erneut der Kupfergehalt durch Titration mit EDTA-Lösung und Murexid als Indikator bestimmt.
Zuletzt wird die Bruttostabilitätskonstante βn des Komplexes über die Messung der sich bei Komplexbildung ändernden Elektrodenpotentiale ermittelt.
2.!Reaktionsgleichungen
2.1!Synthese des Komplexes
CuSO4 · 5H2O+ 4NH3 ��! [Cu(NH3)4]SO4
Intermediär gebildeter Niederschlag:
CuSO4 · 5H2O+ 2NH3 ��! Cu+2 + SO2�4 + 2NH+
4 + 2OH� + 3H2O
Cu2+ + 2OH� ��! Cu(OH)2 #
2.2!Bestimmung des Kupfergehaltes
Niederschlag:
[Cu(NH3)4]2+ + 4H2O ��! Cu2+ + 4NH+
4 + 4OH�
Cu2+ + 2OH� ��! Cu(OH)2 #+2HNO3������! Cu2+ + 2H2O+ 2NO�
3
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Indikatorreaktion:
Cu
2+
+Murexid
violett
��! Cu�Murexid-Komplex
gr
¨
un-gelb
Titration mit EDTA:
Cu2+ + EDTA4� ��! [Cu(EDTA)]2�
2.3!Bestimmung der Bruttostabilitätskonstante
Cu ��*)�� Cu2+ + 2 e�
3.!Versuchsdurchführung
3.1!Eingesetzte Chemikalien
SubstanzKonzen-tration
Sym-bole
H-/P-SätzeEntsor-gung
Substanz-menge
HNO3
Na2EDTA
CuSO4·5 H2O
14,35 M C, O H: 272-314P: 220-280-305+351+338-310
Abfluss einige Trop-fen
0,01 M Xi H: 319P: 305+351+ 338
EDTA-Abfälle –
Feststoff und 0,01 M
Xn, N H: 302-319-315-400-410P: 273-305+351 +338-302+352
schwermetall-haltig
5 g
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SubstanzKonzen-tration
Sym-bole
H-/P-SätzeEntsor-gung
Substanz-menge
NH3
[Cu(NH3)4]SO4
Ethanol
Murexid
konz. sowie 2 M
T, N H: 221-331-314-400P: 210-260-280- 273-304+340-303+361+353-305+351+338-315-377-381-405-403
Abfluss 20 ml
Feststoff Xi H: 315-319-335P: 261-305+351 +338
schwermetall-haltig
200 mg
–F H: 225
P: 210organi-sche Abfälle
100 ml
Feststoff– –
titriert: EDTA-Abfälle
einige Spa-telspitzen
3.2!Durchführung und Beobachtungen
3.2.1!Synthesevorschrift
• 5 g CuSO4·5 H2O unter Erwärmen in 10 ml H2O lösen + 20 ml konz. NH3
• Ethanol hinzu• absaugen, 3 mal mit Ethanol auswaschen• 5-10 min saugen• Trocknen an der Luft• wiegen und Ausbeute berechnen• Präparat abgeben in Probegläschen
3.2.2!Bestimmung des Kupfergehaltes
• 200 mg des Präparates einwiegen, in 100-ml-Messkolben geben• 40 ml H2O hinzugeben
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• mit HNO3 Niederschlag lösen und mit H2O auf 100 ml auffüllen• 3 mal mit EDTA + Murexid als Indikator titrieren
• jeweils 10 ml Probelösung + HNO3 (Niederschlag lösen) + Spatelspitze Murexid + NH3 → Lösung soll grün-gelbe Farbe haben
• Titration bis zum scharfen Farbumschlag nach violett
3.2.3!Bestimmung der Bruttostabilitätskonstante
• Messkolben 1: 20 ml CuSO4-Lösung und mit H2O auffüllen• Messkolben 2: 20 ml CuSO4-Lösung + 20 ml NH3 (2 M) und mit H2O auffüllen
• je Messkolben 2 mal 40 ml entnehmen und mit Kupferelektrode und Kalome-lelektrode Zellspannung messen
Beobachtungen:
zu 3.2.1:
• Bildung des tiefblauen Komplexes• fällt aus mit Ethanol• blaues Pulver
zu 3.2.2:
• tiefblaues Präparat in Lösung wird bei HNO3-Zugabe hellblau• hellblauer Niederschlag bei NH3-Zugabe (löst sich in HNO3)• mit Murexid: grün-gelbe Farbe bei NH3-Zugabe• Endpunkt der Titration: violette Lösung
zu 3.2.3:
• Komplex: tiefblaue Lösung• CuSO4: hellblaue Lösung
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4.!Ergebnisse und Berechnungen
4.1!Synthese des Komplexes
Maximal mögliche Masse:
m([Cu(NH3)4]SO4) = M([Cu(NH3)4]SO4) · n(Cu2+)
= M([Cu(NH3)4]SO4 ·m(CuSO4 · 5H2O)
M(CuSO4 · 5H2O)
= 227,73068 g ·mol�1 · 5 g
249,685 g ·mol�1
= 4,5546 g
Tatsächliche Masse:
m([Cu(NH3)4]SO4) = 4,68 g
Ausbeute:
4,68g
4,5546g= 1,0275
b= 102,75%
Die errechnete Ausbeute beträgt mehr als 100%. Der Komplex war anschei-nend trotz des Absaugens und der Trocknung an der Luft noch feucht.
4.2!Bestimmung des Kupfergehaltes
Theoretische Masse der Cu2+-Ionen:
m(Cu2+) = M(Cu2+) · n([Cu(NH3)4]SO4)
= M(Cu2+ ·m([Cu(NH3)4]SO4)
M([Cu(NH3)4]SO4)
= 63,546 g ·mol�1 · 0,200 g
227,73068 g ·mol�1
= 55,808 mg
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Titration:
Verbrauch an Maßlösung:
V in ml
1 8,10V =
V1 + V2 + V3
3= 8,1333 ml
2 8,10V =
V1 + V2 + V3
3= 8,1333 ml
3 8,20
Maßanalytischer Faktor:
f(Cu2+) = M(Cu
2+) · c(EDTA)
= 63,546 g ·mol
�1 · 0,01 mol · l�1
= 0,63546 g · l�1
Ergebnis:
m(Cu2+) = 10 · f(Cu2+) · V= 51,6839 mg
Standardabweichung:
sm =
vuuutnP
i=1(mi �m)2
n� 1= 0,3669 mg
Vertrauensbereich:
µ = m± t · smpn
fur P = 95 %: 50,7727 mg µ 52,5955 mg
fur P = 99 %: 49,5818 mg µ 53,7864 mg
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Ausbeute:
51,6839mg
55,808mg= 0,9261
b= 92,61%
4.3!Bestimmung der Bruttostabilitätskonstante
CuSO4-Lösung: [Cu(NH3)4]SO4-Lösung:UH1 = 12,7 mV
UH2 = 14,5 mV
UH = 13,6 mV
U 0H1
= �377,0 mV
U 0H2
= �378,0 mV
U0H = �377,5 mV
�n = 10
UH�U0H
0,059 V ·z�n·lg c(L)
�4
= 10
0,0136 V+0,3775 V0,059 V ·2�4·lg(0,4 mol·l�1
)
=
10
0,0136 V+0,3775 V0,059 V ·2
(0,4 mol · l�1
)
4
= 7,0695 · 1014 l
4 ·mol
�4
lg �4
= 14,85
z = 2
n = 4
c(L) =c(NH3) · V (NH3)
Vges
=2 mol · l�1 · 0,020 l
0,100 l
= 0,4 mol · l�1
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5.!Auswertung und Fehlerbetrachtung
5.1!Synthese des Komplexes
Farbe des Komplexes:
Cu2+: [Ar] 3d9
E
eg
t2g
∆O
gelöst in H2O: Oktaeder! [Cu(H2O)6]2+ bzw.! [Cu(NH3)4(H2O)2]2+
spektrochemische Reihe:! H2O < NH3
[Cu(H2O)6]2+ [Cu(NH3)4(H2O)2]2+
H2O schwächerer Ligand→! ∆O kleiner
→ !Aufspaltung kleiner
→ !Energie kleiner
→! absorbierte Wellenlänge! größer (Licht energieärmer)→ Komplementärfarbe hellblau wird!! reflektiert
NH3 stärkerer Ligand→! ∆O größer
→! Aufspaltung größer
→! Energie größer
→! absorbierte Wellenlänge kleiner!! (Licht energiereicher)→! Komplementärfarbe dunkelblau!! wird reflektiert
Herabsetzung der Löslichkeit durch Ethanol:
[Cu(NH3)4]SO4��*)�� [Cu(NH3)4]
2+ + SO2�4
• Komplex dissoziiert in Ionen, löst sich also in polaren Lösungsmitteln wie H2O• Ethanol ist weniger polar als H2O• Löslichkeit des Komplexes wird in Ethanol herabgesetzt
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Wasser Ethanol
größeres Molekül:zwar einzelne polare OH-Gruppe vorhanden, aber größere Van-der-Waals-Kräf-te haben hier auch einen größeren Einfluss
5.2!Bestimmung des Kupfergehaltes
Ausbeute, die durch Wägung bestimmt wurde:
• 102,75%→ höher als theoretisch möglich: Präparat noch feucht
→ CuSO4·5 H2O enthalten
• Feuchtigkeit fällt aber mehr ins Gewicht als mögliche Verluste bei der Synthe-se
Ausbeute, die durch Titration bestimmt wurde:
• 92,61%→ durch Abwiegen von feuchtem Präparat fällt Cu-Anteil kleiner aus
→ Reste in Filterpapier oder von Spatel nicht komplett abgespült
→ geringer Teil des Komplexes löst sich im schwach polaren Ethanol
Titrationsfehler:
• letzter Tropfen EDTA-Lösung überschreitet Äquivalenzpunkt• Farbumschlag des Murexids erstreckte sich über zwei Tropfen EDTA-Lö-
sung
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5.3!Bestimmung der Bruttostabilitätskonstante
Berechnung der Bruttostabilitätskonstante βn bzw. der Koordinationszahl n:
Auf Basis der Gleichung
!UH � U 0
H =0,059 V
z· lg (�n · cn(L))
kann, wenn n gegeben ist, nach der Unbekannten βn umgestellt werden oder, wenn βn gegeben ist, die Koordinationszahl n berechnet werden.
Mögliche Fehler:
• feuchte Elektroden oder Gefäße wirken sich auf die Konzentration der Probe-lösungen aus und somit auch auf die gemessene Spannung
• falsche gemessene Spannungen sind möglich bzw. große Spannungs-schwankungen während der Messung waren zu beobachten durch die Korro-sion der Kupferelektrode
• minimale Verunreinigungen der Probelösung (insbesondere der CuSO4-Lö-sung durch NH3) führt durch unerwünschte Komplexbildung zu sehr großen Abweichungen der gemessenen Spannung vom wahren Spannungswert
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