Hydrogensulfid i naturgass, spektrofotometri og sølvsulfidbelegg

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Naturgass, en blanding av metan, etan, propan og butan, inneholder ofte hydrogensulfid, $H_{2} S (g)$ . Denne gassen er giftig, og den kan medføre korrosjon av rør av metall.

For å fjerne hydrogensulfid fra naturgassen blir den behandlet med svoveldioksid ved høyt trykk.

2 H_{2} S (g) + S O_{2} (g) \to 3 S (s) + 2 H_{2} O (l)

For hånd

Hva er reduksjonsmiddelet i denne reaksjonen?

Til litt fast jern(II)sulfid, $FeS$ , tilsettes noen mL $2 m o l / L H C l$ . Da skjer denne reaksjonen:

F e S (s) + 2 H C l (a q) \to F e^{2 +} (a q) + 2 C l^{-} (a q) + H_{2} S (a q)

Til denne løsningen tilsettes blynitrat, $P b {(N O_{3})}_{2} (a q)$ . Det felles to salter, ett hvitt og ett svart.

For hånd

Forklar observasjonene med reaksjonslikninger.

Konsentrasjonen av hydrogensulfid i en løsning kan finnes ved hjelp av kolorimetri/spektrometri. Figur 1 viser absorbansen for ulike konsentrasjoner av hydrogensulfid ved ulike bølgelengder.

Figur 1: Absorbans mot bølgelengde fra 210 til 250 nm for hydrogensulfidløsninger med konsentrasjon 0,600, 0,450, 0,300 og 0,150 mmol/L

Krever PC

Begrunn ditt valg av bølgelengde.
Bruk informasjonen i figur 1 til å tegne en standardkurve som kan brukes i en slik analyse.

Konsentrasjonen av hydrogensulfid i en løsning kan også finnes ved titrering med kaliumpermanganat i sur løsning.

Den balanserte reaksjonslikningen kan skrives slik:

2 M n O_{4}^{-} (a q) + 5 H_{2} S (a q) + 6 H^{+} (a q) \to 2 M n^{2 +} (a q) + 5 S (s) + 8 H_{2} O (l)

For å finne innholdet av hydrogensulfid i en løsning ble det gjennomført en titrering med kaliumpermanganat.

$0,500 L H_{2} S$ -løsning skulle analyseres.
$50,0 m L$ av denne løsningen ble overført til en titreringskolbe.
Disse $50,0 m L$ ble titrert med $0,0200 m o l / L K M n O_{4}$ -løsning.
Det ble brukt $25,0 m L K M n O_{4}$ -løsning før endepunktet for titreringen ble nådd.

Kalkulator

Beregn konsentrasjonen av hydrogensulfid i den opprinnelige løsningen i mol/L.

Gjenstander av sølv får gjerne et svart belegg av sølv(I)sulfid, $A g_{2} S (s)$ . Belegget kan fjernes på denne måten:

Gjenstanden legges i en beholder kledd med aluminiumsfolie.
Beholderen fylles med en natriumkloridløsning, $N a C l (a q)$ .
Gjenstanden må være i kontakt med aluminiumsfolien for at reaksjonen skal finne sted.

Den ene halvreaksjonen som finner sted, skrives slik:

A g_{2} S + 2 e^{-} \to 2 A g + S^{2 -} der E^{\circ} = - 0,2 V

Kalkulator

Beregn hvor mange mg aluminium som har reagert når $50 m g$ sølv har blitt dannet.
Vurder om kobberfolie også vil være egnet til denne reaksjonen.

(Se bort fra at aluminium etter hvert kan reagere med vannløsningen.)

Fasit

$H_{2} S$ er reduksjonsmiddelet (S går fra $- 2$ til $0$ ).

Hvitt $P b C l_{2} (s)$ og svart $P b S (s)$ : $P b^{2 +} + 2 C l^{-} \to P b C l_{2}$ og $P b^{2 +} + H_{2} S \to P b S + 2 H^{+}$

$214 n m$ , der absorbansen er størst. Standardkurve: rett linje gjennom origo med stigning ca. $0,32 L / m m o l$ .

$[H_{2} S] = 0,0250 m o l / L$

$m (Al) = 4,2 m g$ . Kobberfolie er ikke egnet, fordi $E^{\circ} (celle) = - 0,54 V$ .

LøsningsforslagKI-generert

Vi finner oksidasjonstallene til svovel:

I $H_{2} S$ har S oksidasjonstall $- 2$ .
I $S O_{2}$ har S oksidasjonstall $+ 4$ .
I $S (s)$ har S oksidasjonstall $0$ .

Svovel i $H_{2} S$ øker oksidasjonstallet fra $- 2$ til $0$ . Det avgir elektroner og blir oksidert. Stoffet som blir oksidert, er reduksjonsmiddelet.

Reduksjonsmiddelet er $H_{2} S$ .

Løsningen inneholder $C l^{-}$ fra saltsyren og $H_{2} S$ fra reaksjonen med jern(II)sulfid. Begge danner tungt løselige salter med $P b^{2 +}$ .

Det hvite saltet er bly(II)klorid:

P b^{2 +} (a q) + 2 C l^{-} (a q) \to P b C l_{2} (s)

Det svarte saltet er bly(II)sulfid:

P b^{2 +} (a q) + H_{2} S (a q) \to P b S (s) + 2 H^{+} (a q)

$PbS$ er svært tungt løselig ( $K_{s p} = 3 \cdot 10^{- 28}$ ), så det felles selv om løsningen er sur. $P b C l_{2}$ ( $K_{s p} = 1,70 \cdot 10^{- 5}$ ) felles fordi konsentrasjonen av $C l^{-}$ er høy.

Valg av bølgelengde. Vi velger $214 n m$ . Der har alle løsningene størst absorbans. Det gir størst forskjell i absorbans mellom ulike konsentrasjoner, altså mest nøyaktig analyse. Kurvene er dessuten flate rundt toppen, så en liten feil i innstilt bølgelengde gir liten feil i absorbansen.

Standardkurve. Vi leser av absorbansen ved $214 n m$ :

$c (H_{2} S)$ (mmol/L)	Absorbans
$0$	$0$
$0,150$	$0,049$
$0,300$	$0,098$
$0,450$	$0,143$
$0,600$	$0,192$

Vi plotter absorbans mot konsentrasjon. Punktene ligger på en rett linje gjennom origo, slik Beers lov sier. Stigningen er omtrent $0,32 L / m m o l$ .

Standardkurve: absorbans ved 214 nm mot konsentrasjon av hydrogensulfid

Når vi måler absorbansen til en ukjent løsning ved $214 n m$ , leser vi av konsentrasjonen på kurven.

Stoffmengde permanganat brukt i titreringen:

n (M n O_{4}^{-}) = c \cdot V = 0,0200 m o l / L \cdot 0,0250 L = 5,00 \cdot 10^{- 4} m o l

Molforholdet i likningen er $M n O_{4}^{-} : H_{2} S = 2 : 5$ :

n (H_{2} S) = \frac{5}{2} \cdot 5,00 \cdot 10^{- 4} m o l = 1,25 \cdot 10^{- 3} m o l

Denne stoffmengden var i $50,0 m L$ prøve:

[H_{2} S] = \frac{1,25 \cdot 10^{- 3} m o l}{0,0500 L} = 0,0250 m o l / L

Prøven på $50,0 m L$ ble tatt direkte ut av den opprinnelige løsningen uten fortynning. Konsentrasjonen er derfor den samme i hele løsningen på $0,500 L$ .

Masse aluminium. Aluminium blir oksidert:

A l \to A l^{3 +} + 3 e^{-}

Når vi balanserer elektronene med halvreaksjonen for $A g_{2} S$ , får vi totalreaksjonen:

3 A g_{2} S (s) + 2 A l (s) \to 6 A g (s) + 2 A l^{3 +} (a q) + 3 S^{2 -} (a q)

Molforholdet er $Ag : Al = 6 : 2 = 3 : 1$ .

n (Ag) = \frac{50 m g}{107,87 g / m o l} = 0,464 m m o l

n (Al) = \frac{0,464 m m o l}{3} = 0,155 m m o l

m (Al) = 0,155 m m o l \cdot 26,98 g / m o l = 4,2 m g

Kobberfolie. Vi bruker $E^{\circ} (A l^{3 +} / A l) = - 1,66 V$ og $E^{\circ} (C u^{2 +} / C u) = 0,34 V$ fra vedlegget.

Med aluminium:

E^{\circ} (celle) = E^{\circ} (katode) - E^{\circ} (anode) = - 0,2 V - (- 1,66 V) = 1,46 V

Cellepotensialet er positivt, så reaksjonen er spontan.

Med kobber:

E^{\circ} (celle) = - 0,2 V - 0,34 V = - 0,54 V

Cellepotensialet er negativt, så reaksjonen går ikke av seg selv. Kobber er et for svakt reduksjonsmiddel til å redusere $A g_{2} S$ . Kobberfolie er derfor ikke egnet.

Vedlegg

Vedleggene i oppgavesettet til Kjemi 2 V2021. De kunne brukes på hele eksamen, også del 1 (om hjelpemidlene).

Åpne på egen side: Tabeller og formler i kjemi

Oppgavedata

Hentet fra: Kjemi 2 V2021, del 2, oppgave 3
Del: Del 2, alle hjelpemidler — les om hjelpemidler
Hjelpemidler: Kalkulator
CAS
Graftegner og regneark
Lærebok, formelsamling og egne notater
Ikke åpent internett, kommunikasjon med andre eller kunstig intelligens.
Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Redoksreaksjoner, Fellingsreaksjoner, Titrering, Spenningsrekka

Hydrogensulfid i naturgass, spektrofotometri og sølvsulfidbelegg

Innstillinger

Utseende

Oppgaver og visning

Utskrift

Synkronisering

Sync på tvers av enheter

Hydrogensulfid i naturgass, spektrofotometri og sølvsulfidbelegg

Lov på eksamen

Kan den løses uten PC?

Forstå oppgaven med en KI

Tastatursnarveier

Navigasjon

I oppgave

Hydrogensulfid i naturgass, spektrofotometri og sølvsulfidbelegg

Hydrogensulfid i naturgass, spektrofotometri og sølvsulfidbelegg

Lov på eksamen

Kan den løses uten PC?

Temaer