Química Analítica Instrumental I

Química Analítica Instrumental I
M. en C. Silvia Citlalli Gama González
Segunda serie de Ejercicios
1.Exprese las siguientes absorbancias en función de porcentaje de transmitancia:
a)0.038
b)0.958
c)0.399
d)0.241
e)0.435
f)0.692
2.La absortividad molar de una solución del complejo formado por Bi(III) y tiourea es de
9.32 x 103 L mol-1 cm-1 a 470 nm.
a)¿Cuál es la absorbancia de una solución 3.79 x 10-5 M de este complejo si se
mide a 470 nm en una celda de 1.00 cm?
b)¿Cuál es el porcentaje de transmitancia de la solución que se describe en a)?
c)¿Cuál es la concentración molar del complejo en una solución que presenta la
absorbancia descrita en a) cuando se mide a 470 nm en una celda de 2.5 cm?
3.La constante de equilibrio del par conjugado ácido/base
HIn + H2O ↔ H3O+ + Ines 8.00 x 10-5. A partir de la información adicional de la siguiente tabla
Absortividad molar
Especie
Máximo de
absorción, nm
430 nm
600 nm
HIn
430
8.04 x 103
1.23 x 103
In-
600
0.775 x 103
6.96 x 103
a)Calcule la absorbancia a 430 nm y a 600 nm para las concentraciones
siguientes del indicador: 3.00 x 10-4 M, 2.00 x 10-4 M, 1.00 x 10-4 M. 0.50 x 10-4 M
y 0.25 x 10-4 M.
b)Grafique la absorbancia en función de la concentración del indicador.
4.Las absorbancias de soluciones que contienen K2CrO4 en 0.05M KOH se midieron en
una celda de 1 cm a 375 nm. Se obtuvieron los siguientes resultados:
Concentración de K2CrO4, g/L
0.0050
0.0100
0.0200
0.0300
0.0400
A a 375 nm
0.123
0.247
0.494
0.742
0.991
Determine la absortividad del ion cromato, CrO42- en L g-1 cm-1 y la absortividad
molar del cromato en L mol-1 cm-1 a 375 nm.
5.Las absorbancias de las soluciones que contienen Cr como dicromato Cr2O72- en 1.0
M H2SO4 se midieron a 440 nm en una celda de 1 cm. Se obtuvieron los siguientes
resultados:
Concentración de Cr
μg/mL
10.00
25.00
50.00
75.00
100.00
200.00
A a 440 nm
0.034
0.085
0.168
0.252
0.335
0.669
Determine la absortividad del dicromato (L g-1 cm-1) y la absortividad molar en (L
mol-1 cm-1) a 440 nm.
6.Se quiere determinar un compuesto X mediante espectrofotometría UV-visible. Se
elabora una curva de calibración a partir de soluciones patrón de X con los
resultados siguientes: 0.50 ppm, A = 0.24; 1.5 ppm, A = 0.36; 2.5 ppm, A = 0.44;
3.5 ppm, A = 0.59; 4.5 ppm, A = 0.70. Una solución de concentración desconocida
de X tiene una absorbancia de 0.5. Determine la pendiente y la intersección con el
eje Y de la curva de calibración, el error estándar en Y, la concentración de la
solución de X y la desviación estándar en la concentración de X. Trace una gráfica
de la curva de calibración y determine la concentración incógnita en forma manual
en la gráfica.
7.Una alícuota de 25.0 mL de una solución acuosa de quinina se diluyó hasta 50.0 mL y
se determinó que su absorbancia es de 0.656 a 348 nm cuando se midió en una
celda de 2.50 cm. Una segunda alícuota de 25.0 mL se mezcló con 10.0 mL de una
solución que contenía 25.7 ppm de quinina; después de diluir hasta 50.0 mL, esta
solución presentó una absorbancia de 0.976 (celda de 2.5 cm). Calcule la
concentración, en partes por millón, de quinina en la muestra.
8.El indicador ácido-base- HIn experimenta la siguiente reacción en una solución acuosa
diluida:
Hin ↔ H+ + InSe obtuvieron los siguientes datos de absorbancia para una solución 5.00 x 10-4 M de
HIn e NaOH 0.1M y HCl 0.1M. Las mediciones se realzaron a las longitudes de onda
de 485 nm y 625 nm en celdas de 1.0 cm.
NaOH 0.1M
HCl 0.1M
A485 = 0.075
A485 = 0.487
A625 = 0.904
A625 = 0.181
En la solución de NaOH, prácticamente todo el indicador esta presente como In-; en la
solución ácida está todo prácticamente con la forma de HIn.
a) Calcule las absortividades molares para In- y HIn a 485 y 625 nm.
b) Determine la constante de disociación ácida del indicador si una solución
amortiguadora de pH 5.00 que contiene una pequeña cantidad de indicador presenta
una absorbancia de 0.567 a 485 nm y 0.395 a 625 nm (celdas de 1.00 cm).
c)¿Cuál es el pH de una solución que contiene una pequeña cantidad del indicador y
que manifiesta una absorbancia 0.492 a 485 nm y 0.245 a 635 nm (celdas de 1.00
cm)?
d)Una alícuota de 25.0 mL de una solución de un ácido orgánico débil purificado HX
necesitó exactamente 24.2 mL de solución patrón de una base fuerte para alcanzar
el punto final con fenolftaleína. Cuando se añadieron exactamente 12.1 mL de la
base a una segunda alícuota de 25.0 mL del ácido, que contiene una pequeña
cantidad del mismo indicador, la absorbancia fue de 0.333 a 485 nm y 0.655 a 625
nm (celdas de 1.00 cm). Calcule el pH de la solución y la Ka del ácido débil.
e)¿Cuál sería la absorbancia de una solución que era 2.00 x 10-4 M en el indicador a
485 y a 625 nm, amortiguada a un pH = 6.000 (celdas de 1.50 cm)?
9.Los espectros de absorción de los complejos de Ti(IV) y del V(V) con el peróxido de
hidrógeno son muy cercanos por lo que determinarlos en una mezcla aplicando la
ley de absortividades requiere un tratamiento utilizando la absorbancia de
estándares y mezcla a diferentes longitudes de onda. M. Blanco ha publicado la
siguiente información:
Con base en los datos proporcionados determinar la concentración de Ti(IV) y V(V)
en la mezcla.
Referencia. SerieOPTICOS. Dr. Alejandro Baeza Reyes
10.Trace una curva de titulación fotométrica para la titulación de Sn2+ con MnO4-. ¿Qué
color de radiación se debe usar para esta titulación? Explique.
11.El hierro(III) reacciona con tiocianato para formar el complejo rojo Fe(SCN)2+.
Grafique una curva de titulación fotométrica para F(III) con ion tiocianato cuando se
utiliza un fotómetro con un filtro verde para reunir datos. ¿Por qué se usa un filtro
verde?
12.En una valoración fotométrica de Mg(II) con solución 0.00150 mol/L de EDTA a 220
nm se siguió el procedimiento que se describe a continuación: todos los reactivos,
con excepción de la solución que contenía el Mg(II), se llevaron a la celda de
valoración y se ajustó la abertura hasta tener cero de absorbancia. Después de
haber agregado el estándar de EDTA se obtuvieron las siguientes lecturas:
A
0.000
0.021
0.3
0.643
0.985
1.358
mL EDTA
0.000
0.200
0.800
1.200
1.600
2.000
En este momento se agregó la solución de Mg(II) y la absorbancia bajó hasta cero.
Se siguió la valoración con los siguientes resultados:
A
0.000
0.090
0.189
0.224
0.377
0.540
0.870
1.204
1.830
mL
EDTA
2.0
3.0
4.0
5.0
5.6
6.0
6.4
6.8
7.6
a) Trazar la gráfica de los resultados,
b) Explicar las curvas obtenidas,
c) Calcular los microgramos de Mg(II)
Referencia. serieOPTICOS. Dr. Alejandro Baeza Reyes
13.Tras las diluciones oportunas de una solución patrón, se obtuvieron concentraciones
de hierro que se presenta a continuación.
Concentración de Fe(II) en las soluciones
originales, ppm
4.00
10.0
16.0
24.0
32.0
40.0
A510
0.160
0.390
0.630
0.950
1.260
1.580
a)Construya una curva de calibración a partir de estos datos.
b)Por medio del método de los mínimos cuadrados deduzca una ecuación que
relacione la absorbancia con la concentración de hierro(II).
c)Calcule la desviación estándar de la pendiente y de la ordenada al origen.
14. El método desarrollado anteriormente se aplicó en la determinación rutinaria de
hierro en alícuotas de 25.0 mL de aguas subterráneas. Exprese la concentración de
Fe en ppm de muestras que dieron los datos de absorbancia que siguen (en celdas
de 1.00 cm).
a)0.143
b)0.675
c)0.068
d)1.009
Determine la desviación estándar del resultado. Suponga que los datos de
absorbancia son la media de tres medidas y repita los cálculos.
15.La enzima monoaminaoxidasa cataliza la oxidación de aminas para obtener
aldehídos. En el caso de la triptamina, la Km de la enzima es 4.0 x 10-4 M y vmáx =
k2[E]0 = 1.6 x 10-3 μM/min a un pH de 8. Determine la concentración de una solución
de triptaminaoxidasa en las condiciones descritas. Suponga que [triptamina] << Km.
16.A 1 mL de disolución que contenía una mezcla de glucosa-6-fosfato y glucosa-1fosfato, le fue añadido 1.0 ml de una disolución que contenía un exceso de NADP+,
MgCl2 y glucosa-6-fosfato deshidrogenasa. La absorbancia en una celda de 1 cm de
paso óptico aumentó hasta 0.57 a 340 nm (longitud de máxima absorción de
NADPH). Cuando ya no se observó aumento en el valor de la absorbancia, se añadió
1 mL de una disolución de fofoglucomutasa. La absorbancia disminuyó entonces
hasta 0.50. Considerar que la absortividad de la especie NADPH tiene un valor de
6220 L mol-1 cm-1.
Con apoyo del esquema mostrado abajo, calcular:
a) la concentración de glucosa-6-fosfato en la disolución inicial,
b) la concentración de glucosa-1-fosfato en la disolución inicial.
Las condiciones de trabajo son Michaeleanas
Referencia. serieOPTICOS. Dr. Alejandro Baeza Reyes
17.Los datos siguientes se obtuvieron en una investigación sobre la relación de
pendientes del complejo formado por Ni2+ y el ácido 1-ciclopenteno-1ditiocarboxílico (CDA). Las mediciones se realizaron a 530 nm en celdas de 1.00 cm.
cCDA = 1.00 x 10-3 M
cNi / M
cNi = 1.00 x 10-3 M
A530
-6
5.00 x 10
cCDA / M
A530
0.051
-6
9.00 x 10
0.031
1.20 x 10-5
0.123
1.50 x 10-5
0.051
3.50 x 10-5
0.359
2.70 x 10-5
0.092
-5
5.00 x 10
0.514
-5
4.00 x 10
0.137
6.00 x 10-5
0.616
6.00 x 10-5
0.205
0.719
-5
0.240
-5
7.00 x 10
7.00 x 10
a) Determine la fórmula del complejo. Use mínimos cuadrados lineales para
analizar los datos.
b) Calcule la absortividad molar del complejo y su incertidumbre
18.El paladio(II) forma un complejo de color intenso a pH = 3.5 con arsenato III a 660
nm. Se pulverizó un meteorito por medio de un molino de bolas y el polvo resultante
fue sometido a digestión con varios ácidos minerales fuertes. La solución resultante
se evaporó hasta sequedad, luego se disolvió en ácido clorhídrico diluido y se
separó de agentes que ocasionan interferencia por medio de cromatografía de
intercambio de iones. La solución resultante que contiene una cantidad desconocida
de Pd(II) se diluyó hasta 50.0 mL con una solución amortiguadora de pH 3.5. Se
transfirieron alícuotas de 10.0 mL de esta solución de analito a seis matraces
volumétricos de 50 mL. Se preparó entonces una solución patrón 1.00 x 10-5 M en
Pd(II). Los volúmenes de la solución estándar que se proporcionan en la tabla se
vaciaron con una pipeta en los matraces volumétricos junto con 10.0 mL de
arsenazo III 0.01 M. Cada solución se diluyó luego a 50 mL y se midió la absorbancia
de cada una de ellas a 660 nm en celdas de 1.00 cm.
Volumen de la solución patrón, mL
A660
0.00
0.216
5.00
0.338
10.00
0.471
15.00
0.596
20.00
0.764
25.00
a)
b)
c)
d)
e)
0.850
Incorpore los datos en una hoja de cálculo y elabore una gráfica de adiciones
estandar de los datos.
Determine la pendiente y la ordenada al origen de la recta.
Determine la desviación estándar de la pendiente y la ordenada al origen.
Calcule la concentración de Pd(III) en la solución del analito
Determine la desviación estándar de la concentración medida.
19.El quelato CuA22- presenta un máximo de absorción a 480 nm. Cuando el reactivo
quelante está presente en un exceso de al menos 10 veces, la absorbancia depende
sólo de la concentración analítica de Cu(II) y se cumple la ley de Beer en un amplio
intervalo de concentraciones. Una solución en la cual la concentración analítica de
Cu2+ es de 2.15 x 10-4 M y la de A2- es 9.00 x 10-3 M tiene una absorbancia de 0.759
cuando se mide en una celda de 1.00 cm a 480 nm. Una solución en la cual las
concentraciones analíticas de Cu2+ y de A2- son 2.15 x 10-4 M y 4.00 x 10-4 M,
respectivamente, tiene una absorbancia de 0.654 cuando se mide en las mismas
condiciones. Utilice esta información para calcular la constante de formación Kf del
proceso
20.La alizarina es un ligante orgánico que forma complejos coloridos estables con los
metales de transición de la familia VII según el siguiente equilibrio:
H2Az + M(IV) + H2O ⇆ M(OH)2 Az + 4H+
Para el Zr y el Ti se conoce la siguiente información
K 'f =
K 'f =
[Ti OH2 Az ]
' 4'
[Ti ][H2 Az ]
[ Zr OH2 Az ]
[Zr
' 4'
= 3.7x104
][ H2 Az]
= 3.6x10 5
(a pH = 3.8)
(a pH = 1.0)
Para evidenciar la influencia del pH en la absorbancia de las disoluciones de los
complejos M(OH)2Az, calcule la absorbancia de las siguientes disoluciones:
a) Ti(IV) 456.1 ppb en presencia de alizarina H2Az 0.1M y a pH 2.0.
b) Ti(IV) 456.1 ppb en presencia de H2Az 0.1M y a pH = 5.0.
c) Zr(IV) 239.5 ppb en presencia de H2Az 0.1M y a pH = 2.0.
d) Zr(IV) 239.5 ppb en presencia de H2Az 0.1M y a pH = 5.0.
Considerar que la absortividad molar a la longitud de onda de trabajo es 1x105 L mol-1
cm-1 para el Zr(OH)2Az y de 2x104 para el complejo con Ti(IV).
Para cuantificar Zr0 en muestras diversas se preparan las siguientes soluciones:
Disolución stok de Zr(IV): Se pesan 91.220 mg de Zr0 puro y se atacan con 5 mL de
HNO3 1:1. La disolución anterior se diluye 1:1000 y se ajusta el pH a 3 con HNO3.
Disolución estándar para el análisis: De la disolución stok se toman 10 mL y se vierten
en un matraz aforado de 100 mL. Se agrega una disolución de H2Az 0.1 M de pH
amortiguado en 2.0 hasta completar el aforo.
Muestra: Se pesan 500 mg y se disuelven en medio ácido hasta su disolución total. Se
transfiere cuantitativamente a un matraz afora de 250 mL y se lleva al aforo con
una disolución de H2Az 0.1 M de pH amortiguado en 2.0.
Para efectuar el análisis se realizan los siguientes ajustes y medidas en el
espectrofotómetro:
disolución
ajuste y/o medida
H2Az 0.1M/pH = 2
A = 0.00
ajustes
estándar para análisis
T% = 10%
muestra
A' = 0.18
medida
Primero se realizan los ajustes indicados y con el aparato así ajustado se toma la lectura
de absorbancia de la muestra.
Con la información proporcionada arriba:
a) Mencionar cual fue el proceso reaccional, el medio reaccional, la técnica y el método.
b) Calcular el contenido en ppm de Zr0 en la muestra descrita
c) Comentar sobre la posible interferencia de Ti0 en las condiciones del análisis.
d) Calcular el error ΔA/A% de la lectura de A' = 0.18 considerando un ΔT% del 0.5%.
e) Calcular cual hubiese sido el valor de A de la muestra pero sin la expansión de escala
y calcular el error relativo sobre esta lectura.
DATOS ADICIONALES: PMTI = 47.9 g/mol
PMZr = 91.22 g/mol
Referencia: serieOPTICOS. Dr. Alejandro Baeza Reyes