Masseprosent mangan i legering

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

En klasse fikk i oppgave å finne masseprosenten til mangan, $M n (s)$ , i en legering. De fikk også opplyst at av metallene i legeringen var det bare mangan som ville reagere med saltsyre, $H C l (a q)$ , og at det ville bli dannet en gass når mangan reagerte med saltsyre.

Figur 1: Oppsamling av gassbobler i målesylinder

En gruppe elever løste oppgaven slik:

De veide opp små biter av legeringen, til sammen 1,376 g.
De målte opp 100 mL 3,0 mol/L $H C l (a q)$ med en målesylinder.
De tømte HCl-løsningen over i et begerglass og la bitene i løsningen.
De samlet opp gassbobler fra reaksjonen i en 100-mL-målesylinder fylt med vann og snudd opp ned, som vist i figur 1.

Da boblingen stoppet, hadde de samlet opp 72 mL gass.

For hånd

Ta utgangspunkt i halvreaksjoner fra spenningsrekka. Skriv en balansert reaksjonsligning for reaksjonen mellom saltsyre og mangan.

Det molare volumet til en gass ved romtemperatur er 24,5 L/mol.

Kalkulator

Bruk dataene som elevene fant, til å finne masseprosenten av mangan i legeringen. (dersom du mangler svar fra oppgave 8a, kan du anta at molforholdet mellom mangan og gass er 1:1)

For hånd

Diskuter hvilken feilkilde som vil ha størst påvirkning på resultatet, og foreslå én forbedring av gjennomføringen.

Fasit

$M n (s) + 2 H C l (a q) \to M n C l_{2} (a q) + H_{2} (g)$ , eller på ioneform $M n (s) + 2 H^{+} (a q) \to M n^{2 +} (a q) + H_{2} (g)$

$n (H_{2}) = n (Mn) = 2,94 \cdot 10^{- 3} m o l$ , $m (Mn) = 0,162 g$ og $masseprosent Mn = 12 %$

Ikke all gassen blir samlet opp i målesylinderen, noe som gir for lav masseprosent. Forbedring: la reaksjonen skje i en lukket kolbe med slange som leder all gassen inn i målesylinderen.

LøsningsforslagKI-generert

Mangan står under hydrogen i spenningsrekka i vedlegget, så $H^{+}$ i saltsyre kan oksidere mangan. Vi bruker disse halvreaksjonene:

\begin{matrix} M n^{2 +} + 2 e^{-} & \to Mn E^{\circ} = - 1,19 V \\ 2 H^{+} + 2 e^{-} & \to H_{2} E^{\circ} = 0,00 V \end{matrix}

Mangan blir oksidert, så den første halvreaksjonen snus:

\begin{matrix} Oksidasjon: & M n (s) \to M n^{2 +} (a q) + 2 e^{-} \\ Reduksjon: & 2 H^{+} (a q) + 2 e^{-} \to H_{2} (g) \end{matrix}

Begge halvreaksjonene har to elektroner, så vi kan legge dem sammen direkte:

M n (s) + 2 H^{+} (a q) \to M n^{2 +} (a q) + H_{2} (g)

Kloridionene er tilskuerioner. Tar vi dem med, blir likningen

M n (s) + 2 H C l (a q) \to M n C l_{2} (a q) + H_{2} (g)

Cellepotensialet er $E^{\circ} = 0,00 V - (- 1,19 V) = 1,19 V > 0$ , så reaksjonen er spontan. Gassen som dannes, er hydrogengass.

Stoffmengden hydrogengass finner vi fra det molare volumet:

n (H_{2}) = \frac{V}{V_{m}} = \frac{0,072 L}{24,5 L / m o l} = 2,94 \cdot 10^{- 3} m o l

Reaksjonslikningen fra a) viser at molforholdet mellom $Mn$ og $H_{2}$ er $1 : 1$ :

n (Mn) = n (H_{2}) = 2,94 \cdot 10^{- 3} m o l

Molar masse for mangan er $54,94 g / m o l$ (periodesystemet i vedlegget):

m (Mn) = n \cdot M = 2,939 \cdot 10^{- 3} m o l \cdot 54,94 g / m o l = 0,162 g

Masseprosenten av mangan i legeringen blir

masseprosent Mn = \frac{0,1615 g}{1,376 g} \cdot 100 % = 11,7 % \approx 12 %

Saltsyra er i stort overskudd: elevene brukte $0,100 L \cdot 3,0 m o l / L = 0,30 m o l H C l$ , mens reaksjonen bare krever $2 \cdot 2,94 \cdot 10^{- 3} m o l = 5,9 \cdot 10^{- 3} m o l$ . All mangan har derfor reagert.

Største feilkilde: ufullstendig oppsamling av gass. Bitene av legeringen ligger spredt over hele bunnen av begerglasset, mens åpningen på målesylinderen bare dekker en liten del av bunnen. Figuren viser at mange av gassboblene stiger opp utenfor målesylinderen og forsvinner ut i lufta. I tillegg kan det ha dannet seg gass mens elevene fikk plassert målesylinderen.

Det målte gassvolumet blir dermed mindre enn volumet hydrogengass som faktisk ble dannet. Da blir den beregnede stoffmengden $H_{2}$ , og dermed massen av mangan, for liten. Masseprosenten av mangan blir for lav.

Saltsyra er i overskudd (se b), så et unøyaktig volum av HCl påvirker ikke resultatet. Andre feilkilder, som avlesning av volumet, at litt hydrogengass løser seg i vannet, eller at gassen inneholder vanndamp og ikke har nøyaktig $25 ° C$ , gir langt mindre utslag.

Forbedring: La reaksjonen skje i en kolbe med gummipropp og en slange som leder gassen inn i den vannfylte målesylinderen (eller inn i en gassprøyte). Legg metallbitene i kolben, hell i saltsyra og sett proppen på straks. Da blir praktisk talt all gassen som dannes, samlet opp og målt.

Sensorveiledning

100 %: Riktig balansert reaksjonsligning
Delvis uttelling for:
25 %: For riktig halvreaksjon av oksidasjonen av Mn

25 %: Stoffmengde hydrogengass [ $2,94 \cdot 10^{- 3} m o l$ ]
25 %: Stoffmengde Mn basert på støkiometri [ $2,94 \cdot 10^{- 3} m o l$ ]
25 %: Masse Mn [ $0,162 g$ ]
25 %: Masseprosent Mn [ $12 %$ ]

50 %: Ufullstendig oppsamling av gass gir en for lav verdi for masseprosenten
50 %: Relevant forbedring
Det er tilstrekkelig å påpeke og kommentere den ene viktige feilkilden. Påpeking av andre rimelige feilkilder kan også gi uttelling. HCl(aq) er i overskudd og unøyaktig volum av HCl er derfor ikke en feilkilde her.

Vedlegg

Vedleggene i oppgavesettet til Kjemi 2 V2024. 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 V2024, del 2, oppgave 8
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, Støkiometri, Usikkerhet og feilkilder

Masseprosent mangan i legering

Innstillinger

Utseende

Oppgaver og visning

Utskrift

Synkronisering

Sync på tvers av enheter

Masseprosent mangan i legering

Lov på eksamen

Kan den løses uten PC?

Forstå oppgaven med en KI

Tastatursnarveier

Navigasjon

I oppgave

Masseprosent mangan i legering

Masseprosent mangan i legering

Lov på eksamen

Kan den løses uten PC?

Temaer