IChO 1989 · Theory problem 1
Solubility product of copper(II) iodate by iodometric titration
To determine the solubility product of copper(II) iodate, \(\ce{Cu(IO3)2}\), by iodometric titration in an acidic solution (25 °C) 30.00 cm³ of a 0.100 molar sodium thiosulphate solution are needed to titrate 20.00 cm³ of a saturated aqueous solution \(\ce{Cu(IO3)2}\).
1.1 Write the sequence of balanced equations for the above described reactions.
1.2 Calculate the initial concentration of \(\ce{Cu^2+}\) and the solubility product of copper(II) iodate. Activity coefficients can be neglected.
Official English text of the problem.
Answers
-
1.1 \[ \ce{Cu(IO3)2(s) <=> Cu^2+(aq) + 2IO3^-(aq)} \] \[ \ce{IO3^- + 5I^- + 6H+ -> 3I2 + 3H2O} \] \[ \ce{2Cu^2+ + 4I^- -> 2CuI(s) + I2} \] \[ \ce{I2 + 2S2O3^2- -> 2I^- + S4O6^2-} \]
-
1.2 \[ \boxed{[\ce{Cu^2+}]_0=1.15\times10^{-2}\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}} \] \[ \boxed{K_{\mathrm{sp}}=6.14\times10^{-6}} \] The corresponding concentration product is \(6.14\times10^{-6}\ \mathrm{mol^3\,dm^{-9}}\).
Solution
1.1
Dissolution of copper(II) iodate gives one copper(II) ion and two iodate ions per formula unit, as shown by the first equilibrium above.
For the iodometric determination, excess iodide is added to the acidified sample. Both dissolved constituents liberate iodine:
- Iodate oxidizes iodide in acidic solution. Each mole of iodate produces three moles of iodine.
- Copper(II) also oxidizes iodide. Copper(II) is reduced to copper(I), which precipitates as copper(I) iodide. Each mole of copper(II) produces half a mole of iodine.
The liberated iodine is then titrated with thiosulphate. Iodine is reduced to iodide, while thiosulphate is oxidized to tetrathionate. Each mole of iodine consumes two moles of thiosulphate.
The species used in these equations have the following names and SMILES. The salt representations show disconnected constituent ions; SMILES do not describe their crystal lattices or aqueous hydration.
| Species | SMILES |
|---|---|
| Copper(II) iodate | [Cu+2].[O-]I(=O)=O.[O-]I(=O)=O |
| Copper(II) ion | [Cu+2] |
| Iodate ion | [O-]I(=O)=O |
| Iodide ion | [I-] |
| Hydrogen ion (proton) | [H+] |
| Iodine | II |
| Water | O |
| Copper(I) iodide | [Cu+].[I-] |
| Thiosulphate ion | [O-]S(=O)(=O)[S-] |
| Tetrathionate ion | [O-]S(=O)(=O)SSS(=O)(=O)[O-] |
| Sodium thiosulphate | [Na+].[Na+].[O-]S(=O)(=O)[S-] |
1.2
Let \(s\) be the molar solubility of copper(II) iodate in the original saturated solution. Its dissolution stoichiometry gives \[ [\ce{Cu^2+}]_0=s, \qquad [\ce{IO3^-}]_0=2s. \]
For each mole of dissolved copper(II) iodate:
- The two iodate ions produce \(2\times3=6\) moles of iodine, consuming \(12\) moles of thiosulphate.
- The copper(II) ion produces another \(\tfrac12\) mole of iodine, consuming \(1\) mole of thiosulphate.
Therefore, \[ n(\ce{S2O3^2-})=13\,n\!\left(\ce{Cu(IO3)2}\right). \]
The amount of thiosulphate used is \[ n(\ce{S2O3^2-}) =(0.100\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}) (30.00\times10^{-3}\ \mathrm{dm^3}) =3.00\times10^{-3}\ \mathrm{mol}. \]
Thus the original \(20.00\ \mathrm{cm^3}\) aliquot contains \[ n(\ce{Cu^2+}) =\frac{3.00\times10^{-3}}{13} =2.30769\times10^{-4}\ \mathrm{mol}. \]
Its initial copper(II) concentration is consequently \[ s= \frac{2.30769\times10^{-4}\ \mathrm{mol}} {20.00\times10^{-3}\ \mathrm{dm^3}} =0.0115385\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}, \] so \[ \boxed{[\ce{Cu^2+}]_0=1.15\times10^{-2}\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}}. \]
Using the unrounded value, \[ [\ce{IO3^-}]_0=2s =0.0230769\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}. \]
The solubility concentration product is \[ [\ce{Cu^2+}]_0[\ce{IO3^-}]_0^2 =s(2s)^2 =4s^3, \] giving \[ 4(0.0115385)^3 =\boxed{6.14\times10^{-6}\ \mathrm{mol^3\,dm^{-9}}}. \]
With activity coefficients neglected and concentrations normalized to the standard concentration \(c^\circ=1\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}\), the dimensionless solubility product is therefore \[ \boxed{K_{\mathrm{sp}}=6.14\times10^{-6}}. \]
The solution was checked against the official solution.
IChO 1989 · Theorieaufgabe 1
Löslichkeitsprodukt von Kupfer(II)-iodat durch iodometrische Titration
Zur Bestimmung des Löslichkeitsprodukts von Kupfer(II)-iodat, \(\ce{Cu(IO3)2}\), durch iodometrische Titration in saurer Lösung (25 °C) werden 30.00 cm³ einer 0.100-molaren Natriumthiosulfatlösung benötigt, um 20.00 cm³ einer gesättigten wässrigen Lösung von \(\ce{Cu(IO3)2}\) zu titrieren.
1.1 Geben Sie die Abfolge der ausgeglichenen Reaktionsgleichungen für die oben beschriebenen Reaktionen an.
1.2 Berechnen Sie die Anfangskonzentration von \(\ce{Cu^2+}\) und das Löslichkeitsprodukt von Kupfer(II)-iodat. Aktivitätskoeffizienten können vernachlässigt werden.
Aufgabentext aus dem offiziellen englischen Text übersetzt.
Antworten
-
1.1 \[ \ce{Cu(IO3)2(s) <=> Cu^2+(aq) + 2IO3^-(aq)} \] \[ \ce{IO3^- + 5I^- + 6H+ -> 3I2 + 3H2O} \] \[ \ce{2Cu^2+ + 4I^- -> 2CuI(s) + I2} \] \[ \ce{I2 + 2S2O3^2- -> 2I^- + S4O6^2-} \]
-
1.2 \[ \boxed{[\ce{Cu^2+}]_0=1.15\times10^{-2}\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}} \] \[ \boxed{K_{\mathrm{sp}}=6.14\times10^{-6}} \] Das entsprechende Konzentrationsprodukt beträgt \(6.14\times10^{-6}\ \mathrm{mol^3\,dm^{-9}}\).
Lösung
1.1
Beim Lösen von Kupfer(II)-iodat entstehen pro Formeleinheit ein Kupfer(II)-Ion und zwei Iodat-Ionen, wie das erste der oben angegebenen Gleichgewichte zeigt.
Für die iodometrische Bestimmung wird der angesäuerten Probe Iodid im Überschuss zugesetzt. Beide gelösten Bestandteile setzen Iod frei:
- Iodat oxidiert Iodid in saurer Lösung. Pro Mol Iodat entstehen drei Mol Iod.
- Auch Kupfer(II) oxidiert Iodid. Kupfer(II) wird zu Kupfer(I) reduziert, das als Kupfer(I)-iodid ausfällt. Pro Mol Kupfer(II) entsteht ein halbes Mol Iod.
Das freigesetzte Iod wird anschließend mit Thiosulfat titriert. Iod wird zu Iodid reduziert, während Thiosulfat zu Tetrathionat oxidiert wird. Pro Mol Iod werden zwei Mol Thiosulfat verbraucht.
Die in diesen Gleichungen verwendeten Spezies haben die folgenden Namen und SMILES. Die Darstellungen der Salze zeigen die einzelnen Ionen ohne Bindungen zwischen ihnen; SMILES beschreiben weder ihre Kristallgitter noch ihre Hydratation in wässriger Lösung.
| Spezies | SMILES |
|---|---|
| Kupfer(II)-iodat | [Cu+2].[O-]I(=O)=O.[O-]I(=O)=O |
| Kupfer(II)-Ion | [Cu+2] |
| Iodat-Ion | [O-]I(=O)=O |
| Iodid-Ion | [I-] |
| Wasserstoff-Ion (Proton) | [H+] |
| Iod | II |
| Wasser | O |
| Kupfer(I)-iodid | [Cu+].[I-] |
| Thiosulfat-Ion | [O-]S(=O)(=O)[S-] |
| Tetrathionat-Ion | [O-]S(=O)(=O)SSS(=O)(=O)[O-] |
| Natriumthiosulfat | [Na+].[Na+].[O-]S(=O)(=O)[S-] |
1.2
Es sei \(s\) die molare Löslichkeit von Kupfer(II)-iodat in der ursprünglichen gesättigten Lösung. Aus der Stöchiometrie des Lösungsvorgangs folgt \[ [\ce{Cu^2+}]_0=s, \qquad [\ce{IO3^-}]_0=2s. \]
Für jedes Mol gelöstes Kupfer(II)-iodat gilt:
- Die beiden Iodat-Ionen ergeben \(2\times3=6\) Mol Iod, wobei \(12\) Mol Thiosulfat verbraucht werden.
- Das Kupfer(II)-Ion ergibt ein weiteres \(\tfrac12\) Mol Iod, wobei \(1\) Mol Thiosulfat verbraucht wird.
Daher gilt \[ n(\ce{S2O3^2-})=13\,n\!\left(\ce{Cu(IO3)2}\right). \]
Die verbrauchte Stoffmenge an Thiosulfat beträgt \[ n(\ce{S2O3^2-}) =(0.100\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}) (30.00\times10^{-3}\ \mathrm{dm^3}) =3.00\times10^{-3}\ \mathrm{mol}. \]
Somit enthält das ursprüngliche Aliquot von \(20.00\ \mathrm{cm^3}\) \[ n(\ce{Cu^2+}) =\frac{3.00\times10^{-3}}{13} =2.30769\times10^{-4}\ \mathrm{mol}. \]
Seine anfängliche Kupfer(II)-Konzentration beträgt folglich \[ s= \frac{2.30769\times10^{-4}\ \mathrm{mol}} {20.00\times10^{-3}\ \mathrm{dm^3}} =0.0115385\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}, \] also \[ \boxed{[\ce{Cu^2+}]_0=1.15\times10^{-2}\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}}. \]
Mit dem ungerundeten Wert ergibt sich \[ [\ce{IO3^-}]_0=2s =0.0230769\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}. \]
Das Löslichkeitsprodukt auf Konzentrationsbasis ist \[ [\ce{Cu^2+}]_0[\ce{IO3^-}]_0^2 =s(2s)^2 =4s^3, \] woraus sich ergibt \[ 4(0.0115385)^3 =\boxed{6.14\times10^{-6}\ \mathrm{mol^3\,dm^{-9}}}. \]
Wenn die Aktivitätskoeffizienten vernachlässigt und die Konzentrationen auf die Standardkonzentration \(c^\circ=1\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}\) normiert werden, beträgt das dimensionslose Löslichkeitsprodukt daher \[ \boxed{K_{\mathrm{sp}}=6.14\times10^{-6}}. \]
Die Lösung wurde mit der offiziellen Lösung abgeglichen.
IChO 1989 · Teori sorusu 1
İyodometrik titrasyonla bakır(II) iyodatın çözünürlük çarpımının belirlenmesi
Bakır(II) iyodatın, \(\ce{Cu(IO3)2}\), çözünürlük çarpımını asidik çözeltide (25 °C) iyodometrik titrasyonla belirlemek için, doymuş sulu \(\ce{Cu(IO3)2}\) çözeltisinin 20.00 cm³'lük örneğinin titrasyonunda 0.100 molar sodyum tiyosülfat çözeltisinden 30.00 cm³ gerekmektedir.
1.1 Yukarıda açıklanan tepkimelerin denkleştirilmiş denklemlerini sırasıyla yazınız.
1.2 Başlangıçtaki \(\ce{Cu^2+}\) derişimini ve bakır(II) iyodatın çözünürlük çarpımını hesaplayınız. Aktivite katsayıları ihmal edilebilir.
Soru metni resmi İngilizce metinden çevrilmiştir.
Cevaplar
-
1.1 \[ \ce{Cu(IO3)2(s) <=> Cu^2+(aq) + 2IO3^-(aq)} \] \[ \ce{IO3^- + 5I^- + 6H+ -> 3I2 + 3H2O} \] \[ \ce{2Cu^2+ + 4I^- -> 2CuI(s) + I2} \] \[ \ce{I2 + 2S2O3^2- -> 2I^- + S4O6^2-} \]
-
1.2 \[ \boxed{[\ce{Cu^2+}]_0=1.15\times10^{-2}\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}} \] \[ \boxed{K_{\mathrm{sp}}=6.14\times10^{-6}} \] Buna karşılık gelen derişim çarpımı \(6.14\times10^{-6}\ \mathrm{mol^3\,dm^{-9}}\) değerindedir.
Çözüm
1.1
Yukarıdaki ilk dengede gösterildiği gibi, bakır(II) iyodatın çözünmesiyle formül birimi başına bir bakır(II) iyonu ve iki iyodat iyonu oluşur.
İyodometrik tayin için asitlendirilmiş örneğe fazla miktarda iyodür eklenir. Çözünmüş bileşenlerin her ikisi de iyot açığa çıkarır:
- İyodat, asidik çözeltide iyodürü yükseltger. Her bir mol iyodat, üç mol iyot oluşturur.
- Bakır(II) de iyodürü yükseltger. Bakır(II), bakır(I) iyodür olarak çöken bakır(I)'e indirgenir. Her bir mol bakır(II), yarım mol iyot oluşturur.
Açığa çıkan iyot daha sonra tiyosülfatla titre edilir. İyot iyodüre indirgenirken tiyosülfat tetratiyonata yükseltgenir. Her bir mol iyot, iki mol tiyosülfat tüketir.
Bu denklemlerde kullanılan türlerin adları ve SMILES gösterimleri aşağıda verilmiştir. Tuz gösterimleri, birbirine bağlı olmayan bileşen iyonları gösterir; SMILES gösterimleri bunların kristal örgülerini veya sulu ortamdaki hidratasyonlarını betimlemez.
| Tür | SMILES |
|---|---|
| Bakır(II) iyodat | [Cu+2].[O-]I(=O)=O.[O-]I(=O)=O |
| Bakır(II) iyonu | [Cu+2] |
| İyodat iyonu | [O-]I(=O)=O |
| İyodür iyonu | [I-] |
| Hidrojen iyonu (proton) | [H+] |
| İyot | II |
| Su | O |
| Bakır(I) iyodür | [Cu+].[I-] |
| Tiyosülfat iyonu | [O-]S(=O)(=O)[S-] |
| Tetratiyonat iyonu | [O-]S(=O)(=O)SSS(=O)(=O)[O-] |
| Sodyum tiyosülfat | [Na+].[Na+].[O-]S(=O)(=O)[S-] |
1.2
Bakır(II) iyodatın başlangıçtaki doymuş çözeltideki molar çözünürlüğü \(s\) olsun. Çözünme stokiyometrisinden \[ [\ce{Cu^2+}]_0=s, \qquad [\ce{IO3^-}]_0=2s \] elde edilir.
Çözünmüş her bir mol bakır(II) iyodat için:
- İki iyodat iyonu, \(2\times3=6\) mol iyot oluşturarak \(12\) mol tiyosülfat tüketir.
- Bakır(II) iyonu, ek olarak \(\tfrac12\) mol iyot oluşturarak \(1\) mol tiyosülfat tüketir.
Dolayısıyla, \[ n(\ce{S2O3^2-})=13\,n\!\left(\ce{Cu(IO3)2}\right). \]
Kullanılan tiyosülfatın madde miktarı \[ n(\ce{S2O3^2-}) =(0.100\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}) (30.00\times10^{-3}\ \mathrm{dm^3}) =3.00\times10^{-3}\ \mathrm{mol} \] olarak bulunur.
Böylece başlangıçtaki \(20.00\ \mathrm{cm^3}\) hacmindeki örnek, \[ n(\ce{Cu^2+}) =\frac{3.00\times10^{-3}}{13} =2.30769\times10^{-4}\ \mathrm{mol} \] miktarında bakır(II) iyonu içerir.
Buna göre başlangıçtaki bakır(II) derişimi \[ s= \frac{2.30769\times10^{-4}\ \mathrm{mol}} {20.00\times10^{-3}\ \mathrm{dm^3}} =0.0115385\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}, \] olduğundan \[ \boxed{[\ce{Cu^2+}]_0=1.15\times10^{-2}\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}}. \]
Yuvarlanmamış değer kullanılarak, \[ [\ce{IO3^-}]_0=2s =0.0230769\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}. \]
Çözünürlüğe ilişkin derişim çarpımı \[ [\ce{Cu^2+}]_0[\ce{IO3^-}]_0^2 =s(2s)^2 =4s^3, \] olup buradan \[ 4(0.0115385)^3 =\boxed{6.14\times10^{-6}\ \mathrm{mol^3\,dm^{-9}}} \] elde edilir.
Aktivite katsayıları ihmal edilip derişimler standart derişim olan \(c^\circ=1\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}\) değerine bölünerek normalize edildiğinde, boyutsuz çözünürlük çarpımı dolayısıyla \[ \boxed{K_{\mathrm{sp}}=6.14\times10^{-6}} \] olarak bulunur.
Çözüm, resmi çözümle karşılaştırılarak kontrol edildi.
IChO 1989 · Problema teórico 1
Producto de solubilidad del yodato de cobre(II) mediante valoración yodométrica
Para determinar el producto de solubilidad del yodato de cobre(II), \(\ce{Cu(IO3)2}\), mediante valoración yodométrica en una disolución ácida (25 °C), se necesitan 30.00 cm³ de una disolución 0.100 molar de tiosulfato de sodio para valorar 20.00 cm³ de una disolución acuosa saturada de \(\ce{Cu(IO3)2}\).
1.1 Escriba la secuencia de ecuaciones ajustadas de las reacciones descritas anteriormente.
1.2 Calcule la concentración inicial de \(\ce{Cu^2+}\) y el producto de solubilidad del yodato de cobre(II). Pueden despreciarse los coeficientes de actividad.
Enunciado traducido del texto oficial en inglés.
Respuestas
-
1.1 \[ \ce{Cu(IO3)2(s) <=> Cu^2+(aq) + 2IO3^-(aq)} \] \[ \ce{IO3^- + 5I^- + 6H+ -> 3I2 + 3H2O} \] \[ \ce{2Cu^2+ + 4I^- -> 2CuI(s) + I2} \] \[ \ce{I2 + 2S2O3^2- -> 2I^- + S4O6^2-} \]
-
1.2 \[ \boxed{[\ce{Cu^2+}]_0=1.15\times10^{-2}\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}} \] \[ \boxed{K_{\mathrm{sp}}=6.14\times10^{-6}} \] El producto de concentraciones correspondiente es \(6.14\times10^{-6}\ \mathrm{mol^3\,dm^{-9}}\).
Solución
1.1
La disolución del yodato de cobre(II) produce un ion cobre(II) y dos iones yodato por unidad fórmula, como muestra el primer equilibrio anterior.
Para la determinación yodométrica, se añade yoduro en exceso a la muestra acidificada. Ambos componentes disueltos liberan yodo:
- El yodato oxida el yoduro en disolución ácida. Cada mol de yodato produce tres moles de yodo.
- El cobre(II) también oxida el yoduro. El cobre(II) se reduce a cobre(I), que precipita como yoduro de cobre(I). Cada mol de cobre(II) produce medio mol de yodo.
El yodo liberado se valora a continuación con tiosulfato. El yodo se reduce a yoduro, mientras que el tiosulfato se oxida a tetrationato. Cada mol de yodo consume dos moles de tiosulfato.
Las especies utilizadas en estas ecuaciones tienen los siguientes nombres y SMILES. Las representaciones de las sales muestran sus iones constituyentes desconectados; los SMILES no describen sus redes cristalinas ni su hidratación en disolución acuosa.
| Especie | SMILES |
|---|---|
| Yodato de cobre(II) | [Cu+2].[O-]I(=O)=O.[O-]I(=O)=O |
| Ion cobre(II) | [Cu+2] |
| Ion yodato | [O-]I(=O)=O |
| Ion yoduro | [I-] |
| Ion hidrógeno (protón) | [H+] |
| Yodo | II |
| Agua | O |
| Yoduro de cobre(I) | [Cu+].[I-] |
| Ion tiosulfato | [O-]S(=O)(=O)[S-] |
| Ion tetrationato | [O-]S(=O)(=O)SSS(=O)(=O)[O-] |
| Tiosulfato de sodio | [Na+].[Na+].[O-]S(=O)(=O)[S-] |
1.2
Sea \(s\) la solubilidad molar del yodato de cobre(II) en la disolución saturada original. La estequiometría de su disolución da \[ [\ce{Cu^2+}]_0=s, \qquad [\ce{IO3^-}]_0=2s. \]
Por cada mol de yodato de cobre(II) disuelto:
- Los dos iones yodato producen \(2\times3=6\) moles de yodo, consumiendo \(12\) moles de tiosulfato.
- El ion cobre(II) produce otro \(\tfrac12\) mol de yodo, consumiendo \(1\) mol de tiosulfato.
Por tanto, \[ n(\ce{S2O3^2-})=13\,n\!\left(\ce{Cu(IO3)2}\right). \]
La cantidad de tiosulfato utilizada es \[ n(\ce{S2O3^2-}) =(0.100\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}) (30.00\times10^{-3}\ \mathrm{dm^3}) =3.00\times10^{-3}\ \mathrm{mol}. \]
Así, la alícuota original de \(20.00\ \mathrm{cm^3}\) contiene \[ n(\ce{Cu^2+}) =\frac{3.00\times10^{-3}}{13} =2.30769\times10^{-4}\ \mathrm{mol}. \]
En consecuencia, su concentración inicial de cobre(II) es \[ s= \frac{2.30769\times10^{-4}\ \mathrm{mol}} {20.00\times10^{-3}\ \mathrm{dm^3}} =0.0115385\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}, \] por lo que \[ \boxed{[\ce{Cu^2+}]_0=1.15\times10^{-2}\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}}. \]
Utilizando el valor sin redondear, \[ [\ce{IO3^-}]_0=2s =0.0230769\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}. \]
El producto de concentraciones de solubilidad es \[ [\ce{Cu^2+}]_0[\ce{IO3^-}]_0^2 =s(2s)^2 =4s^3, \] lo que da \[ 4(0.0115385)^3 =\boxed{6.14\times10^{-6}\ \mathrm{mol^3\,dm^{-9}}}. \]
Despreciando los coeficientes de actividad y normalizando las concentraciones respecto a la concentración estándar \(c^\circ=1\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}\), el producto de solubilidad adimensional es, por tanto, \[ \boxed{K_{\mathrm{sp}}=6.14\times10^{-6}}. \]
La solución se comprobó con la solución oficial.
IChO 1989 · 理论题 1
用碘量法测定碘酸铜(II)的溶度积
为用碘量法测定碘酸铜(II)(\(\ce{Cu(IO3)2}\))的溶度积,在酸性溶液中(25 °C)滴定 20.00 cm³ 的 \(\ce{Cu(IO3)2}\) 饱和水溶液,需要消耗 30.00 cm³ 浓度为 0.100 mol/L 的硫代硫酸钠溶液。
1.1 按顺序写出上述反应的配平方程式。
1.2 计算 \(\ce{Cu^2+}\) 的初始浓度和碘酸铜(II)的溶度积。可忽略活度系数。
题目译自官方英文原文。
答案
-
1.1 \[ \ce{Cu(IO3)2(s) <=> Cu^2+(aq) + 2IO3^-(aq)} \] \[ \ce{IO3^- + 5I^- + 6H+ -> 3I2 + 3H2O} \] \[ \ce{2Cu^2+ + 4I^- -> 2CuI(s) + I2} \] \[ \ce{I2 + 2S2O3^2- -> 2I^- + S4O6^2-} \]
-
1.2 \[ \boxed{[\ce{Cu^2+}]_0=1.15\times10^{-2}\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}} \] \[ \boxed{K_{\mathrm{sp}}=6.14\times10^{-6}} \] 对应的浓度积为 \(6.14\times10^{-6}\ \mathrm{mol^3\,dm^{-9}}\)。
解答
1.1
碘酸铜(II)溶解时,每个化学式单位产生一个铜(II)离子和两个碘酸根离子,如上面的第一个平衡方程式所示。
进行碘量法测定时,向酸化后的试样中加入过量的碘离子。两种溶解组分均能析出碘:
- 碘酸根离子在酸性溶液中将碘离子氧化。每摩尔碘酸根离子生成三摩尔碘。
- 铜(II)离子也能将碘离子氧化。铜(II)被还原为铜(I),并以碘化亚铜的形式沉淀。每摩尔铜(II)离子生成半摩尔碘。
随后用硫代硫酸根离子滴定析出的碘。碘被还原为碘离子,而硫代硫酸根离子被氧化为连四硫酸根离子。每摩尔碘消耗两摩尔硫代硫酸根离子。
这些方程式中所涉及物种的名称和 SMILES 如下。盐的表示式将其组成离子表示为彼此不相连的形式;SMILES 并不描述其晶格或在水溶液中的水合情况。
| 物种 | SMILES |
|---|---|
| 碘酸铜(II) | [Cu+2].[O-]I(=O)=O.[O-]I(=O)=O |
| 铜(II)离子 | [Cu+2] |
| 碘酸根离子 | [O-]I(=O)=O |
| 碘离子 | [I-] |
| 氢离子(质子) | [H+] |
| 碘 | II |
| 水 | O |
| 碘化亚铜 | [Cu+].[I-] |
| 硫代硫酸根离子 | [O-]S(=O)(=O)[S-] |
| 连四硫酸根离子 | [O-]S(=O)(=O)SSS(=O)(=O)[O-] |
| 硫代硫酸钠 | [Na+].[Na+].[O-]S(=O)(=O)[S-] |
1.2
设 \(s\) 为碘酸铜(II)在原饱和溶液中的摩尔溶解度。由其溶解过程的化学计量关系可得 \[ [\ce{Cu^2+}]_0=s, \qquad [\ce{IO3^-}]_0=2s. \]
对于每摩尔已溶解的碘酸铜(II):
- 两个碘酸根离子生成 \(2\times3=6\) 摩尔碘,消耗 \(12\) 摩尔硫代硫酸根离子。
- 铜(II)离子另外生成 \(\tfrac12\) 摩尔碘,消耗 \(1\) 摩尔硫代硫酸根离子。
因此, \[ n(\ce{S2O3^2-})=13\,n\!\left(\ce{Cu(IO3)2}\right). \]
所消耗的硫代硫酸根离子的物质的量为 \[ n(\ce{S2O3^2-}) =(0.100\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}) (30.00\times10^{-3}\ \mathrm{dm^3}) =3.00\times10^{-3}\ \mathrm{mol}. \]
因此,原溶液中移取的 \(20.00\ \mathrm{cm^3}\) 试样所含铜(II)离子的物质的量为 \[ n(\ce{Cu^2+}) =\frac{3.00\times10^{-3}}{13} =2.30769\times10^{-4}\ \mathrm{mol}. \]
由此,其初始铜(II)离子浓度为 \[ s= \frac{2.30769\times10^{-4}\ \mathrm{mol}} {20.00\times10^{-3}\ \mathrm{dm^3}} =0.0115385\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}, \] 所以 \[ \boxed{[\ce{Cu^2+}]_0=1.15\times10^{-2}\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}}. \]
使用未舍入的数值, \[ [\ce{IO3^-}]_0=2s =0.0230769\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}. \]
溶解平衡的浓度积为 \[ [\ce{Cu^2+}]_0[\ce{IO3^-}]_0^2 =s(2s)^2 =4s^3, \] 由此得到 \[ 4(0.0115385)^3 =\boxed{6.14\times10^{-6}\ \mathrm{mol^3\,dm^{-9}}}. \]
忽略活度系数,并将各浓度除以标准浓度 \(c^\circ=1\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}\) 进行归一化,因此得到无量纲的溶度积 \[ \boxed{K_{\mathrm{sp}}=6.14\times10^{-6}}. \]
解答已与官方解答核对。
IChO 1989 · Теоретическая задача 1
Определение произведения растворимости иодата меди(II) методом иодометрического титрования
Для определения произведения растворимости иодата меди(II), \(\ce{Cu(IO3)2}\), методом иодометрического титрования в кислом растворе (25 °C) на титрование 20.00 см³ насыщенного водного раствора \(\ce{Cu(IO3)2}\) требуется 30.00 см³ 0.100-молярного раствора тиосульфата натрия.
1.1 Запишите последовательность уравнений описанных выше реакций с расставленными коэффициентами.
1.2 Рассчитайте исходную концентрацию \(\ce{Cu^2+}\) и произведение растворимости иодата меди(II). Коэффициентами активности можно пренебречь.
Условие переведено с официального английского текста.
Ответы
-
1.1 \[ \ce{Cu(IO3)2(s) <=> Cu^2+(aq) + 2IO3^-(aq)} \] \[ \ce{IO3^- + 5I^- + 6H+ -> 3I2 + 3H2O} \] \[ \ce{2Cu^2+ + 4I^- -> 2CuI(s) + I2} \] \[ \ce{I2 + 2S2O3^2- -> 2I^- + S4O6^2-} \]
-
1.2 \[ \boxed{[\ce{Cu^2+}]_0=1.15\times10^{-2}\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}} \] \[ \boxed{K_{\mathrm{sp}}=6.14\times10^{-6}} \] Соответствующее произведение концентраций равно \(6.14\times10^{-6}\ \mathrm{mol^3\,dm^{-9}}\).
Решение
1.1
При растворении иодата меди(II) на каждую формульную единицу образуются один ион меди(II) и два иодат-иона, как показано в первом из приведённых выше уравнений равновесия.
Для иодометрического определения к подкисленной пробе добавляют избыток иодида. Оба растворённых компонента выделяют иод:
- Иодат окисляет иодид в кислом растворе. Из каждого моля иодата образуются три моля иода.
- Медь(II) также окисляет иодид. Медь(II) восстанавливается до меди(I), которая выпадает в осадок в виде иодида меди(I). На каждый моль меди(II) образуется половина моля иода.
Выделившийся иод затем титруют тиосульфатом. Иод восстанавливается до иодида, а тиосульфат окисляется до тетратионата. На каждый моль иода расходуются два моля тиосульфата.
Химические частицы и вещества, участвующие в этих уравнениях, имеют следующие названия и записи SMILES. В записях солей составляющие их ионы представлены раздельно; SMILES не описывают их кристаллические решётки или гидратацию в водном растворе.
| Химическая частица или вещество | SMILES |
|---|---|
| Иодат меди(II) | [Cu+2].[O-]I(=O)=O.[O-]I(=O)=O |
| Ион меди(II) | [Cu+2] |
| Иодат-ион | [O-]I(=O)=O |
| Иодид-ион | [I-] |
| Ион водорода (протон) | [H+] |
| Иод | II |
| Вода | O |
| Иодид меди(I) | [Cu+].[I-] |
| Тиосульфат-ион | [O-]S(=O)(=O)[S-] |
| Тетратионат-ион | [O-]S(=O)(=O)SSS(=O)(=O)[O-] |
| Тиосульфат натрия | [Na+].[Na+].[O-]S(=O)(=O)[S-] |
1.2
Обозначим через \(s\) молярную растворимость иодата меди(II) в исходном насыщенном растворе. Из стехиометрии его растворения следует \[ [\ce{Cu^2+}]_0=s, \qquad [\ce{IO3^-}]_0=2s. \]
На каждый моль растворённого иодата меди(II):
- Два иодат-иона дают \(2\times3=6\) молей иода, на титрование которого расходуется \(12\) молей тиосульфата.
- Ион меди(II) даёт ещё \(\tfrac12\) моля иода, на титрование которого расходуется \(1\) моль тиосульфата.
Следовательно, \[ n(\ce{S2O3^2-})=13\,n\!\left(\ce{Cu(IO3)2}\right). \]
Количество израсходованного тиосульфата равно \[ n(\ce{S2O3^2-}) =(0.100\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}) (30.00\times10^{-3}\ \mathrm{dm^3}) =3.00\times10^{-3}\ \mathrm{mol}. \]
Таким образом, исходная аликвота объёмом \(20.00\ \mathrm{cm^3}\) содержит \[ n(\ce{Cu^2+}) =\frac{3.00\times10^{-3}}{13} =2.30769\times10^{-4}\ \mathrm{mol}. \]
Следовательно, исходная концентрация меди(II) в ней равна \[ s= \frac{2.30769\times10^{-4}\ \mathrm{mol}} {20.00\times10^{-3}\ \mathrm{dm^3}} =0.0115385\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}, \] откуда \[ \boxed{[\ce{Cu^2+}]_0=1.15\times10^{-2}\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}}. \]
Используя неокруглённое значение, получаем \[ [\ce{IO3^-}]_0=2s =0.0230769\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}. \]
Концентрационное произведение растворимости равно \[ [\ce{Cu^2+}]_0[\ce{IO3^-}]_0^2 =s(2s)^2 =4s^3, \] что даёт \[ 4(0.0115385)^3 =\boxed{6.14\times10^{-6}\ \mathrm{mol^3\,dm^{-9}}}. \]
Таким образом, если пренебречь коэффициентами активности и нормировать концентрации на стандартную концентрацию \(c^\circ=1\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}\), безразмерное произведение растворимости равно \[ \boxed{K_{\mathrm{sp}}=6.14\times10^{-6}}. \]
Решение проверено по официальному решению.
IChO 1989 · مسألة نظرية 1
حاصل الإذابة ليودات النحاس(II) باستخدام المعايرة اليودومترية
لتحديد حاصل الإذابة ليودات النحاس(II)، \(\ce{Cu(IO3)2}\)، باستخدام المعايرة اليودومترية في محلول حمضي (25 °C)، يلزم 30.00 cm³ من محلول ثيوكبريتات الصوديوم بتركيز مولاري 0.100 لمعايرة 20.00 cm³ من محلول مائي مشبع من \(\ce{Cu(IO3)2}\).
1.1 اكتب تسلسل المعادلات الموزونة للتفاعلات الموصوفة أعلاه.
1.2 احسب التركيز الابتدائي لـ \(\ce{Cu^2+}\) وحاصل الإذابة ليودات النحاس(II). يمكن إهمال معاملات النشاط.
نص المسألة مترجم عن النص الإنجليزي الرسمي.
الإجابات
-
1.1 \[ \ce{Cu(IO3)2(s) <=> Cu^2+(aq) + 2IO3^-(aq)} \] \[ \ce{IO3^- + 5I^- + 6H+ -> 3I2 + 3H2O} \] \[ \ce{2Cu^2+ + 4I^- -> 2CuI(s) + I2} \] \[ \ce{I2 + 2S2O3^2- -> 2I^- + S4O6^2-} \]
-
1.2 \[ \boxed{[\ce{Cu^2+}]_0=1.15\times10^{-2}\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}} \] \[ \boxed{K_{\mathrm{sp}}=6.14\times10^{-6}} \] حاصل ضرب التراكيز المقابل هو \(6.14\times10^{-6}\ \mathrm{mol^3\,dm^{-9}}\).
الحل
1.1
ينتج عن ذوبان يودات النحاس(II) أيون نحاس(II) واحد وأيونا يودات لكل وحدة صيغة، كما يوضح الاتزان الأول أعلاه.
لإجراء التقدير اليودومتري، تضاف كمية فائضة من اليوديد إلى العينة المُحمَّضة. يحرر كلا المكوّنين الذائبين اليود:
- تؤكسد اليوداتُ اليوديدَ في المحلول الحمضي. وينتج عن كل مول من اليودات ثلاثة مولات من اليود.
- يؤكسد النحاس(II) اليوديدَ أيضًا. ويُختزَل النحاس(II) إلى النحاس(I)، الذي يترسب على هيئة يوديد النحاس(I). وينتج عن كل مول من النحاس(II) نصف مول من اليود.
يُعايَر اليود المتحرر بعد ذلك بالثيوكبريتات. ويُختزَل اليود إلى يوديد، بينما تتأكسد الثيوكبريتات إلى رباعي الثيونات. ويستهلك كل مول من اليود مولين من الثيوكبريتات.
للأنواع الكيميائية المستخدمة في هذه المعادلات الأسماء وتمثيلات SMILES الآتية. تُظهر تمثيلات الأملاح الأيونات المكوِّنة لها منفصلةً؛ ولا تصف تمثيلات SMILES شبكاتها البلورية أو إماهتها في الماء.
| النوع الكيميائي | SMILES |
|---|---|
| يودات النحاس(II) | [Cu+2].[O-]I(=O)=O.[O-]I(=O)=O |
| أيون النحاس(II) | [Cu+2] |
| أيون اليودات | [O-]I(=O)=O |
| أيون اليوديد | [I-] |
| أيون الهيدروجين (بروتون) | [H+] |
| اليود | II |
| الماء | O |
| يوديد النحاس(I) | [Cu+].[I-] |
| أيون الثيوكبريتات | [O-]S(=O)(=O)[S-] |
| أيون رباعي الثيونات | [O-]S(=O)(=O)SSS(=O)(=O)[O-] |
| ثيوكبريتات الصوديوم | [Na+].[Na+].[O-]S(=O)(=O)[S-] |
1.2
لتكن \(s\) الذوبانية المولارية ليودات النحاس(II) في المحلول المشبع الأصلي. تعطي النسب الستوكيومترية لذوبانها \[ [\ce{Cu^2+}]_0=s, \qquad [\ce{IO3^-}]_0=2s. \]
لكل مول من يودات النحاس(II) الذائبة:
- ينتج عن أيوني اليودات \(2\times3=6\) مولات من اليود، مما يستهلك \(12\) مولًا من الثيوكبريتات.
- ينتج عن أيون النحاس(II) مقدار إضافي من اليود يبلغ \(\tfrac12\) مول، مما يستهلك \(1\) مول من الثيوكبريتات.
وعليه، \[ n(\ce{S2O3^2-})=13\,n\!\left(\ce{Cu(IO3)2}\right). \]
كمية مادة الثيوكبريتات المستخدمة هي \[ n(\ce{S2O3^2-}) =(0.100\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}) (30.00\times10^{-3}\ \mathrm{dm^3}) =3.00\times10^{-3}\ \mathrm{mol}. \]
إذن، يحتوي الجزء المأخوذ من المحلول الأصلي، وحجمه \(20.00\ \mathrm{cm^3}\)، على \[ n(\ce{Cu^2+}) =\frac{3.00\times10^{-3}}{13} =2.30769\times10^{-4}\ \mathrm{mol}. \]
وبالتالي، فإن التركيز الابتدائي للنحاس(II) فيه هو \[ s= \frac{2.30769\times10^{-4}\ \mathrm{mol}} {20.00\times10^{-3}\ \mathrm{dm^3}} =0.0115385\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}, \] ومن ثم \[ \boxed{[\ce{Cu^2+}]_0=1.15\times10^{-2}\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}}. \]
باستخدام القيمة غير المقرَّبة، \[ [\ce{IO3^-}]_0=2s =0.0230769\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}. \]
حاصل ضرب التراكيز للإذابة هو \[ [\ce{Cu^2+}]_0[\ce{IO3^-}]_0^2 =s(2s)^2 =4s^3, \] مما يعطي \[ 4(0.0115385)^3 =\boxed{6.14\times10^{-6}\ \mathrm{mol^3\,dm^{-9}}}. \]
بإهمال معاملات النشاط وتطبيع التراكيز بقسمتها على التركيز القياسي \(c^\circ=1\ \mathrm{mol\,dm^{-3}}\)، يكون حاصل الإذابة عديم الأبعاد إذن \[ \boxed{K_{\mathrm{sp}}=6.14\times10^{-6}}. \]
تمت مراجعة الحل بمقارنته بالحل الرسمي.