Барнаул 1998
,
Еквівалент:
Навчально-методичний посібник з неорганічної хімії
Тиск насиченої пари води взяти з таблиці 1
Потім обережним постукуванням колби перемістіть метал у кислоту. Після закінчення реакції дайте колбі охолодити 5...6 хв. та проведіть виміри об'єму всього водяного стовпа в циліндрі та від поверхні води у кристалізаторі.
Експериментальні дані запишіть до таблиці 1.
Таблиця 1 - Експериментальні дані щодо визначення еквівалента металу
Вимірювані величини | Одиниці виміру | Умовні позначення | Дані експерименту |
Наважка металу | |||
Температура досвіду | |||
Тиск насиченої пари | |||
Атмосферний тиск | |||
Об'єм стовпа води в циліндрі до досвіду | |||
Об'єм стовпа води в циліндрі після досвіду | |||
Висота водяного стовпа від поверхні води в кристалізаторі |
2.2 Розрахунок еквівалента металу
де 9,8 - коефіцієнт перерахунку для перекладу мм вод. ст. у Паскалі (Па).
За законом еквівалентів (25) знайдемо молярну масу еквівалента металу:
https://pandia.ru/text/78/299/images/image048_15.gif" width="43" - еквівалентний обсяг водню при н.
m(Me)-Маса металу, г; https://pandia.ru/text/78/299/images/image050_14.gif" - молярна маса еквівалента металу.
Знаючи молярну масу еквівалента металу та молярну масу атома металу, знайдіть фактор еквівалентності та еквівалент металу (див. розділ 1.2).
2.3 Правила роботи у лабораторії
1. Досліди завжди проводити у чистому посуді.
2. Не слід плутати пробки від різних склянок. Щоб внутрішня сторонапробки залишалися чистими, пробку кладуть на стіл зовнішньою поверхнею.
3. Не можна нести реактиви загального користування на своє робоче місце.
4. Після дослідів залишки металів у раковину не викидати, а зібрати в окремий посуд.
5. Побитий посуд, уривки паперу, сірники викидають у урну.
1. Не вмикайте без дозволу викладача рубильники та електричні прилади.
2. Не захаращуйте своє робоче місце зайвими предметами.
3. Не можна куштувати речовини на смак.
4. При приливанні реактивів не можна нахилятися над отвором судини, щоб уникнути попадання бризок на обличчя та одяг.
5. Не можна нахилятися над нагрітою рідиною, оскільки її може викинути.
6. У разі пожежі негайно вимкніть усі електронагрівальні прилади. Гарячі рідини прикрийте азбестом, засипте піском, але не заливайте водою. Фосфор, що спалахнув, гасіть мокрим піском або водою. При запаленні лужних металів гасіть полум'я сухим піском, але не водою.
1. При пораненні склом видаліть уламки з рани, змастіть краї рани розчином йоду і перев'яжіть бинтом.
2. При хімічному опіку рук або обличчя змийте реактив великою кількістю води, потім або розведеною оцтовою кислотоюу разі опіку лугом або розчином соди у випадку опіку кислотою, а потім знову водою.
3. При опіку гарячою рідиною або гарячим предметом обпечене місце обробіть свіжоприготованим розчином перманганату калію, змастіть обпалене місце маззю від опіку або вазеліном. Можна присипати опік содою та забинтувати.
4. При хімічних опіках очей рясно промийте очі водою, використовуючи очну ванну, а потім зверніться до лікаря.
3 завдання для домашніх завдань
Знайдіть еквіваленти та їх молярні маси для вихідних речовин у реакціях:
1. Al2O2+3H2SO4=Al(SO4)3+3H2O;
2. Al(OH)3+3H2SO4=Al(HSO4)3+3H2O;
приклад 2.Обчисліть молярну концентрацію еквівалентів ортофосфорної кислоти в 20% розчині H 3 PO 4 , щільність якого 1,020 г/см 3 , враховуючи рівняння
H3PO4+3KOH=K3PO4+3H2O.
Рішення.Молярна концентрація еквівалентів речовини х(символ Зекв ( х), одиниця виміру моль/м 3 або моль/л) визначається кількістю речовини еквівалентів nекв ( х), що знаходяться в 1 л розчину.
Молярна концентрація еквівалентів залежить від реакції, оскільки одна і та ж речовина в різних реакціях може мати різні значенняеквівалентного числа.
1. Розраховуємо фактор еквівалентності H 3 PO 4 у цій реакції.
Реагент КОН обмінює з однією формульною одиницею 1 ФЕ (H 3 PO 4) три гідроксильні групи ВІН - , кожна з яких еквівалентна іону Н + . Отже, еквівалентне число Z(H 3 PO 4) = 3, фактор еквівалентності f(H 3 PO 4) = .
2. Розраховуємо молярну масу еквівалентів.
Молярна маса еквівалентів H 3 PO 4 дорівнює добутку фактора еквівалентності H 3 PO 4 на молярну масу H 3 PO 4 (98 г/моль):
Мекв (H 3 PO 4) = f(H 3 PO 4) · = 1/3 · 98 = 32,66 г/моль.
3. Обчислимо масу 1 л розчину, виходячи із значень густини:
m = V· ρ = 1000 мл · 1,020 г/см 3 = 1020 г.
в 100 г розчину H 3 PO 4 міститься 20 г H 3 PO 4;
в 1020 г розчину H 3 PO 4 міститься хг H 3 PO 4 ,
х = 
м.
4. Визначимо кількість еквівалентів речовини H3PO4 в 1 л розчину.
Кількість речовини еквівалентів показує кількість речовини (у молях), в якій частинками є еквівалентні (реальні або умовні частинки речовини).
Кількість речовини еквівалентів H 3 PO 4 в 1 л розчину отримаємо розподілом числа грамів H 3 PO 4 в 1 л розчину на молярну масу еквівалентів H 3 PO 4:
nекв (Н 3 PO 4) = 
міль,
тобто. отримаємо 6,25 моль речовини.
Значить Зекв (H 3 PO 4 , f=) = 6,25 моль/л. Цей спосіб вираження концентрації називається нормальністю розчину (н) і записується 6,25н H 3 PO 4 , тобто. 1 л цього розчину містить 6,25 моль еквівалентів ортофосфорної кислоти.
приклад 3.Враховуючи рівняння реакції
KOH + H 2 SO 4 = KHSO 4 + H 2 O,
розрахуйте фактор еквівалентності f(KOH) та f(H 2 SO 4). Визначте молярну концентрацію еквівалентів розчину сірчаної кислоти H 2 SO 4 якщо на нейтралізацію 24,5 мл кислоти знадобилося 23,0 мл розчину гідроксиду калію KOH, Зекв (KOH) = 0,15 моль/л.
Рішення. Розчини різної молярної концентрації еквівалентів взаємодіють в обсягах, обернено пропорційних їх молярним концентраціям еквівалентів.
Знаючи молярну концентрацію еквівалентів одного з двох реагуючих розчинів та їх обсяги, визначаємо молярну концентрацію еквівалентів другого розчину:
або Зекв (А) · V p(A) = Cекв (В) · V p (B),
1. Розрахуємо фактор еквівалентності f(KOH) та f(H 2 SO 4). Реагент KOH обмінює з однією формульною одиницею 1 ФЕ H 2 SO 4 одну гідроксильну групу ОН – , яка еквівалентна іону Н + . Отже, еквівалентне число Z(H 2 SO 4) = 1, фактор еквівалентності f(H2SO4) = 1.
Еквівалентне число Z(KOH) = 1, f(KOH) = 1.
2. Обчислимо молярну концентрацію еквівалентів розчину H2SO4.
, звідси
Зекв (Н 2 SO 4 , Н 2 Про, f = 1) = =
0,14 моль/л або 0,14н H 2 SO 4 .
приклад 4.Визначити масу (г) перманганату калію KMnO 4 необхідну для приготування 0,5 л 0,2н розчину, призначеного для вивчення окисних властивостей речовини в кислому середовищі
(MnO 4) - + 8H + + 5e - = Mn 2+ + 4H 2 O.
Рішення.
1. Визначимо фактор еквівалентності f(KMnO 4).
Іонно-електронне рівняння напівреакції показує, що рівень окислення марганцю змінюється від +7 до +2. Одна формульна одиниця (MnO 4) – приєднує п'ять електронів, тому еквівалентне число Z(MnO 4 –) = 5. Отже, і еквівалентне число KMnO 4 дорівнює Z(KMnO 4) = 5, фактор еквівалентності f(KMnO 4) = . Молярна маса KMnO 4 дорівнює = 158 г/моль.
2. Обчислимо масу KMnO 4 необхідну для приготування 0,5 л 0,2 н розчину.
Молярна концентрація еквівалентів Зекв ( х) дорівнює відношенню кількості речовини еквівалентів nекв ( х) до об'єму розчину V p:
де m x- Маса речовини (г);
f (x) - фактор еквівалентності;
Мх – молярна маса речовини, г/моль;
V p – об'єм розчину (л).
м.
Відповідь: Для приготування 0,5 л 0,2 н розчину необхідно взяти 3,16 г KMnO 4 .
КОНТРОЛЬНІ ЗАВДАННЯ
121. До розчину сірчаної кислоти об'ємом 400 мл, густина якого дорівнює 1,1 г/мл, а масова частка H 2 SO 4 15 %, додали воду масою 60 г. Визначте масову частку сірчаної кислоти в отриманому розчині.
Відповідь: 13,2%.
122. Розрахуйте молярну концентрацію (моль/л) хлориду марганцю (II) MnCl 2 якщо в 200 мл розчину міститься 2,52 г розчиненої речовини.
Відповідь: 0,1М.
123. Розрахуйте молярну концентрацію еквівалентів (моль/л) хлориду цинку ZnCl 2 , 200 мл розчину якого містить 1,83 г цієї речовини. Реакція протікає за рівнянням:
ZnCl 2 + 4NaOH = Na 2 + 2NaCl.
Відповідь: 0,3 моль/л.
124.Визначте масу (г) перманганату калію KMnO 4 , необхідну для приготування 1,5 л 0,3н розчину, призначеного для вивчення окислювальних властивостей цієї речовини в нейтральному середовищі:
(MnO 4) – + 3e – + 2H 2 O = MnO 2 + 4(OH) – .
Відповідь: 23,7 р.
125. Обчисліть титр 40% розчину сірчаної кислоти H 2 SO 4 щільністю ρ = 1,307 г/см 3 .
Відповідь: = 0,5228 г/мл.
126. Реакція протікає за рівнянням:
3Ba(OH) 2 + 2H 3 PO 4 = Ba 3 (PO 4) 2 + 6H 2 O.
Обчисліть фактор еквівалентності f(Ba(OH) 2) та f(H 3 PO 4). Визначте, який обсяг ортофосфорної кислоти Зекв (H 3 PO 4) = 0,7 моль/л необхідний для нейтралізації 30 мл розчину гідроксиду барію Ba(OH) 2 титр якого 0,0960 г/мл.
Відповідь: 48 мл.
127. Розрахуйте масу глюкози З 6 Н 12 Про 6 та води, необхідних для приготування 200 г 5%-ного розчину.
Відповідь: 10 г глюкози, 190 г води.
128. Визначте масу (г) нітрату нікелю Ni(NO 3) 2 міститься в 200 мл 0,125М розчину Ni(NO 3) 2 .
Відповідь: 4,6 р.
129. Реакція протікає за рівнянням:
Cr(NO 3) 3 + 3NaOH = Cr(OH) 3 + 3NaNO 3 .
Обчисліть молярну концентрацію еквівалентів нітрату хрому Cr(NO 3) 3 , 3 л якого міститься 52,2 г цієї речовини.
Відповідь: 0,22 н.
130. Визначте масу (г) дихромату калію K 2 Cr 2 O 7 необхідну для приготування 1 л 2н розчину, призначеного для вивчення окисних властивостей цієї речовини в кислому середовищі:
(Сr 2 O 7) 2– + 6e – + 14H + = 2Cr 3+ + 7H 2 O.
Відповідь: 98 р.
131. Обчисліть титр розчину гідрооксиду калію KOH, отриманого при розчиненні 25 г KOH та 160 г води, якщо щільність розчину дорівнює 1,24 г/см 3 .
Відповідь: Т KOH = 0,1675 г/мл.
132. Реакція протікає за рівнянням:
Zn(OH) 2 + 2HCl = ZnCl 2 + 2H 2 O.
Розрахуйте фактор еквівалентності f(Zn(OH) 2) та f(HCl).Визначте, який об'єм розчину соляної кислоти HCl, Зекв (HCl) = 0,1 моль/л необхідний для нейтралізації 8 мл розчину гідроксиду цинку Zn(OH) 2 , титр якого 0,0720 г/мл?
Відповідь: 112 мл.
133. Змішали 200 г 2%-ного розчину і 300 г 12%-ного розчину хлориду кальцію CaCl 2 . Визначте масову частку СaCl 2 отриманому розчині.
134. Визначте масу (г) сульфіту натрію Na 2 SO 3 необхідну для приготування 0,4 л 0,6н розчину, призначеного для вивчення відновлювальних властивостей цієї речовини в лужному середовищі
(SO 3) 2– + 2OH – – 2e = (SO 4) 2– + H 2 O.
Відповідь: 15,12 р.
135. Скільки грамів кристалогідрату хлориду барію (BaCl 2 ·2H 2 O) треба взяти для приготування розчину об'ємом 0,5 л, у якому масова частка BaCl 2 становить 0,1 (10%-ний розчин)? Щільність розчину = 1,090 г/см 3 .
Відповідь: 63,92 р.
136. Обчисліть молярну концентрацію еквівалентів соляної кислоти у 80 мл розчину, що містить 3,6 г НСl, що вступила в реакцію за рівнянням:
2HCl + Ca(OH) 2 = CaCl 2 + 2H 2 O.
Відповідь: 1,2 н HCl.
137. Обчисліть масову частку (%) Mn(NO 3) 2 в 0,57М розчині Mn(NO 3) 2 якщо щільність цього розчину дорівнює ρ = 1,060г/см 3 .
Відповідь: 9,6%.
138. Для реакції Na 2 CO 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + CO 2 + H 2 O використовували розчин карбонату натрію (Na 2 CO 3), отриманий при розчиненні 10,6 г солі в одному літрі води. Обчисліть молярну концентрацію еквівалентів карбонату натрію у розчині.
Відповідь: 0,2 н Na 2 CO 3 .
139. З 800 г 2%-ного розчину соляної кислоти HCl випарували 300 г води. Розрахуйте масову частку (%) HCl у розчині, що залишився після випарювання.
Відповідь: 3,2%.
140. Розрахуйте масу K 2 CO 3 (г), необхідну для приготування 100 мл 10% розчину (ρ = 1,0904 г/см 3).
ВИЗНАЧЕННЯ
Перманганат калію(калієва сіль марганцової кислоти) у твердому вигляді є кристалами темно-фіолетового кольору (майже чорні призми), які помірно розчиняються у воді (рис. 1).
Розчин KMnO 4 має темно-малиновий колір, а при великій концентрації - Фіолетовий колір, властивий перманганат іонам (MnO 4 -)
Мал. 1. Кристали перманганату калію. Зовнішній вигляд.
Брутто формула перманганату калію - KMnO4.Як відомо, молекулярна маса молекули дорівнює сумі відносних атомних масатомів, що входять до складу молекули (значення відносних атомних мас, взятих з Періодичної таблиці Д.І. Менделєєва, округлим до цілих чисел).
Mr(KMnO 4) = Ar(K) + Ar(Mn) + 4×Ar(O);
Mr(KMnO 4) = 39 + 55 + 4×16 = 39 + 55 +64 = 158.
Молярна маса (М) – це маса 1 моль речовини.Легко показати, що чисельні значення молярної маси М та відносної молекулярної маси M r рівні, однак перша величина має розмірність [M] = г/моль, а друга безрозмірна:
M = N A × m (1 молекули) = N A × M r × 1 а. = (N A ×1 а.е.м.) × M r = × M r .
Це означає, що молярна маса перманганату калію дорівнює 158 г/моль.
Приклади розв'язання задач
ПРИКЛАД 1
| Завдання | Складіть формулу сполуки калію, хлору та кисню, якщо масові частки елементів у ньому: ω(К) = 31,8%, ω(Cl) = 29,0%, ω(O) = 39,2%. |
| Рішення |
Позначимо кількість моль елементів, що входять до складу сполуки за «х» (калій), «у» (хлор), «z» (кисень). Тоді мольне ставлення буде виглядати наступним чином (значення відносних атомних мас, взятих з Періодичної таблиці Д.І. Менделєєва округлим до цілих чисел): x:y:z = ω(K)/Ar(K) : ω(Cl)/Ar(Cl) : ω(O)/Ar(O); x: y: z = 31,8/39: 29/35,5: 39,2/16; x: y: z = 0,82: 0,82: 2,45 = 1: 1: 3. Значить формула сполуки калію, хлору та кисню матиме вигляд KClO 3 . Це бертолетова сіль. |
| Відповідь | KClO 3 |
ПРИКЛАД 2
| Завдання | Складіть формули двох оксидів заліза, якщо масові частки заліза в них 77,8% та 70,0%. |
| Рішення | Масова частка елемента Х у молекулі складу НХ розраховується за такою формулою: ω (Х) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%. Знайдемо масову частку у кожному з оксидів міді: ? 1 (О) = 100% - ? 1 (Fe) = 100% - 77,8% = 22,2%; ω 2 (О) = 100% - ω 2 (Fe) = 100% - 70,0% = 30,0%. Позначимо кількість моль елементів, що входять до складу з'єднання за «х» (залізо) та «у» (кисень). Тоді мольне ставлення буде виглядати наступним чином (значення відносних атомних мас, взятих з Періодичної таблиці Д.І. Менделєєва округлим до цілих чисел): x:y = 1 (Fe) / Ar (Fe) : 1 (O) / Ar (O); x: y = 77,8/56: 22,2/16; x: y = 1,39: 1,39 = 1: 1. Значить формула першого оксиду заліза матиме вигляд FeO. x:y = 2 (Fe) / Ar (Fe) : 2 (O) / Ar (O); x: y = 70/56: 30/16; x: y = 1,25: 1,875 = 1: 1,5 = 2: 3. Отже формула другого оксиду заліза матиме вигляд Fe 2 O 3 . |
| Відповідь | FeO, Fe 2 O 3 |
де E 0 ox , E 0 red – стандартні електродні потенціали редокс пари,
n – число електронів, що у процесі.
Якщо lg K = 1-рівновагу
Якщо lg K > 1 – рівновага зміщується у бік продуктів реакції
Якщо lg K< 1 – равновесие смещается в сторону исходных веществ.
Класифікація методів ОВТ
Способи фіксування точки еквівалентності у методах окиснювально-відновного титрування
| Індикаторний | Безіндикаторний | |
| Специфічні індикатори | Редокс-індикатори | Проводять при роботі з пофарбованими титрантами, які окислюються або відновлюються, знебарвлюються. |
| Утворюють пофарбовані сполуки з речовиною, що визначається, або титрантом. Точку еквівалентності фіксують за зникненням або появою забарвлення. (Крохмаль у йодометрії) | Речовини, що змінюють забарвлення залежно від потенціалу системи Фенілантранілова кислота, дифенілбензидин, фероїн, дифеніламін та ін. | Перманганатометрія (кінець титрування визначають по блідо-малиновому фарбуванню розчину, що не зникає, від однієї надлишкової краплі доданого титранта) |
Перманганатометрія
Робочий розчин: KMnO4.
Титрований розчин перманганату калію за тонною наважкою препарату не можна приготувати, т.к. він містить ряд домішок, концентрація розчину змінюється через взаємодію з органічними домішками дистил. воді. Також вода має окислювально-відновні властивості і може відновлювати KMnO 4 . Ця реакція йде повільно, але сонячне світло її каталізує, тому приготований розчин зберігають у темній склянці. Готують розчин приблизно необхідної концентрації, потім його стандартизують за первинним стандартом (Na 2 C 2 O 4 - оксалат натрію, гідрат оксалату амонію (NH 4) 2 C 2 O 4 ×H 2 O або дигідрат щавлевої кислоти Н 2 C 2 O 4 × 2H 2 O, оксиду миш'яку As 2 O 3 або металевому залізу).
Точку еквівалентності фіксують за блідо-рожевим фарбуванням розчину від однієї надлишкової краплі титранта (без індикаторний метод).
Реакція перманганату калію із відновниками у кислому середовищі протікає за схемою:
В аналізі деяких органічних сполук використовують відновлення в сильнолужному середовищі за рівнянням:
MnO 4 - + e ® MnO 4 2-
Перманганатометрично визначають відновники методом прямого титрування, окислювачі – методом зворотного титрування та деякі речовини – титруванням заміщення.
Дихроматометрія
Робочий розчин: K 2 Cr 2 O 7 .
Титрований розчин можна приготувати за тонною наважкою, оскільки кристалічний K 2 Cr 2 O 7 відповідає всім вимогам первинного стандарту. Розчин біхромату калію стійкий при зберіганні, титр розчину залишається незмінним.
Основною реакцією методу біхроматометрії є реакція окислення біхроматом калію в
кислому середовищі:
Точку еквівалентності фіксують, використовуючи редокс-індикатори (дифеніл амін та його похідні).
Біхроматометричний метод використовують для визначення відновників – пряме титрування (Fe 2+ , U 4+ ,Sb 3+ ,Sn 2+), окислювачів-зворотне титрування (Cr 3+), а також деякі органічні сполуки (метанол, гліцерин).