Материалы из методички: Сборник задач по теоретическим основам химии для студентов заочно-дистанционного отделения / Барботина Н.Н., К.К. Власенко, Щербаков В.В. – М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2007. -155 с.
Эквивалент. Закон эквивалентов
Эквивалент – реальная или условная частица вещества Х, которая в данной кислотно-основной реакции или реакции обмена эквивалентна одному иону водорода Н + (одному иону ОН — или единичному заряду), а в данной окислительно- восстановительной реакции эквивалентна одному электрону.
Фактор эквивалентности fэкв(X) – число, показывающее, какая доля реальной или условной частицы вещества Х эквивалентна одному иону водорода или одному электрону в данной реакции, т.е. доля, которую составляет эквивалент от молекулы, иона, атома или формульной единицы вещества.
Наряду с понятием “количество вещества”, соответствующее числу его моль, используется также понятие количество эквивалентов вещества.
Закон эквивалентов: вещества реагируют в количествах, пропорциональных их эквивалентам. Если взято n(экв1) моль эквивалентов одного вещества, то столько же моль эквивалентов другого вещества n(экв2) потребуется в данной реакции, т.е.
132. Фактор эквивалентности. Число эквивалентности.
При проведении расчетов необходимо использовать следующие соотношения:
1. Молярная масса эквивалента вещества X равна его молярной массе, умноженной на фактор эквивалентности:
2. Количество эквивалентов вещества X определяется делением его массы на молярную массу эквивалента:
3. Объём моль-эквивалента газа Х при н.у. равен молярному объёму газа, умноженному на фактор эквивалентности:
4. Молярная масса эквивалента сложного вещества равна сумме молярных масс эквивалентов составляющих это вещество атомов (ионов).
5. Молярная масса эквивалента оксида равна молярной массе эквивалента элемента плюс молярная масса эквивалента кислорода.
6. Молярная масса эквивалента гидроксида металла равна молярной массе эквивалента металла плюс молярная масса эквивалента гидроксила, например:
М[½Са(ОН)2] = 20 + 17 = 37 г/моль.
7. Молярная масса эквивалента сульфата металла равна молярной массе эквивалента металла плюс молярная масса эквивалента SO4 2- , например,
М(½ СаSO4) = 20 + 48 = 68 г/моль.
Эквивалент в кислотно-основных реакциях
На примере взаимодействия ортофосфорной кислоты со щелочью с образованием дигидро-, гидро- и среднего фосфата рассмотрим эквивалент вещества H3PO4.
Эквивалент NaOH соответствует формульной единице этого вещества, так как фактор эквивалентности NaOH равен единице. В первом уравнении реакции молярное соотношение реагентов равно 1:1, следовательно, фактор эквивалентности H3PO4 в этой реакции равен 1, а эквивалентом является формульная единица вещества H3PO4.
Во втором уравнении реакции молярное отношение реагентов H3PO4 и NaOH составляет 1:2, т.е. фактор эквивалентности H3PO4 равен 1/2 и её эквивалентом является 1/2 часть формульной единицы вещества H3PO4 .
В третьем уравнении реакции количество веществ реагентов относятся друг к другу как 1:3. Следовательно, фактор эквивалентности H3PO4 равен 1/3, а её эквивалентом является 1/3 часть формульной единицы вещества H3PO4.
Химический эквивалент и фактор эквивалентности в реакциях ионного обмена
Таким образом, эквивалент вещества зависит от вида химического превращения, в котором принимает участие рассматриваемое вещество.
Следует обратить внимание на эффективность применения закона эквивалентов: стехиометрические расчёты упрощаются при использовании закона эквивалентов, в частности, при проведении этих расчётов отпадает необходимость записывать полное уравнение химической реакции и учитывать стехиометрические коэффициенты. Например, на взаимодействие без остатка 0,25 моль-экв ортофосфата натрия потребуется равное количество эквивалентов вещества хлорида кальция, т.е. n(1/2CaCl2) = 0,25 моль.
Эквивалент в окислительно-восстановительных реакциях
Фактор эквивалентности соединений в окислительно-восстановительных реакциях равен:
где n – число отданных или присоединенных электронов.
Для определения фактора эквивалентности рассмотрим три уравнения реакций с участием перманганата калия:
В результате получаем следующую схему превращения KMnO4.
в кислой среде: Mn +7 + 5e = Mn +2
в нейтральной среде: Mn +7 + 3e = Mn +4
в щелочной среде: Mn +7 + 1e = Mn +6
Схема превращений KMnO4 в различных средах
Таким образом, в первой реакции fэкв(KMnO4) = 1/5, во второй – fэкв(KMnO4) = 1/3, в третьей – fэкв(KMnO4) = 1.
Следует подчеркнуть, что фактор эквивалентности дихромата калия, реагирующего в качестве окислителя в кислой среде, равен 1/6:
Примеры решения задач
Задача 1. Определить фактор эквивалентности сульфата алюминия, который взаимодействует со щелочью.
Решение. В данном случае возможно несколько вариантов ответа:
Задача 2. Определить факторы эквивалентности Fe3О4 и KCr(SO4)2 в реакциях взаимодействия оксида железа с избытком хлороводородной кислоты и взаимодействия двойной соли KCr(SO4)2 со стехиометрическим количеством щёлочи КОН с образованием гидроксида хрома (III).
Задача 3. Определить факторы эквивалентности и молярные массы эквивалентов оксидов CrО, Cr2О3 и CrО3 в кислотно-основных реакциях.
CrО3 – кислотный оксид. Он взаимодействует со щёлочью:
Молярные массы эквивалентов рассматриваемых оксидов равны:
Мэкв(CrО) = 68(1/2) = 34 г/моль,
Задача 4. Определить объём 1 моль-экв О2, NH3 и H2S при н.у. в реакциях:
Vэкв(NH3) = 22,4× 1/3 = 7,47 л – в первой реакции.
Vэкв(NH3) = 22,4× 1/5 = 4,48 л – во второй реакции.
В третьей реакции для сероводорода Vэкв(H2S)=22,4 1/6 = 3,73 л.
Задача 5. 0,45 г металла вытесняют из кислоты 0,56 л (н.у.) водорода. Определить молярную массу эквивалента металла, его оксида, гидроксида и сульфата.
Задача 6. Рассчитать массу перманганата калия, необходимую для окисления 7,9 г сульфита калия в кислой и нейтральной средах.
fэкв(K2SО3) = 1/2 (в кислой и нейтральной среде).
В кислой среде Мэкв(KMnO4) = 158·1/5 = 31,6 г/моль, m(KMnO4) = 0,1·31,6 = 3,16 г.
В нейтральной среде Мэкв (KMnO4) = 158·1/3 = 52,7 г/моль, m(KMnO4) = 0,1·52,7 =5,27 г.
Задача 7. Рассчитать молярную массу эквивалента металла, если оксид этого металла содержит 47 мас.% кислорода.
Выбираем для расчётов образец оксида металла массой 100 г. Тогда масса кислорода в оксиде составляет 47 г, а масса металла – 53 г.
В оксиде: nэкв (металла) = nэкв(кислорода). Следовательно:
53:Мэкв(Ме) = 47:(32·1/4). В результате получаем Мэкв(Ме) = 9 г/моль.
Задачи для самостоятельного решения
2.1. Молярная масса эквивалента металла равна 9 г/моль. Рассчитать молярную массу эквивалента его нитрата и сульфата.
Ответ: 71 г/моль; 57 г/моль.
2.2. Молярная масса эквивалента карбоната некоторого металла составляет 74 г/моль. Определить молярные массы эквивалентов этого металла и его оксида.
Ответ: 44 г/моль; 52 г/моль.
2.3. Рассчитать объём 1 моля эквивалента сероводорода (н.у.), который окисляется до оксида серы (IV).
Ответ: 3,73 л.
2.4. Определить молярную массу эквивалента Ni(OH)Cl в реакциях:
Ni(OH)Cl + NaOH = Ni(OH)2 + NaCl.
Ответ: 55,6 г/моль; 111,2 г/моль.
2.5. При взаимодействии 4,8 г неизвестного металла и 13 г цинка с соляной кислотой выделяется одинаковый объём водорода. Вычислить молярные массы эквивалентов металла, его оксида и его хлорида.
Ответ: МЭ(металла)=12 г/моль; МЭ(оксида)=20 г/моль, МЭ(хлорида)=47,5 г/моль.
2.6. Рассчитать молярные массы эквивалентов металла и его гидроксида, если хлорид этого металла содержит 79,7 мас.% хлора, а молярная масса эквивалента хлора равна 35,5 г/моль.
Ответ: МЭ(металла)=9 г/моль; МЭ(оксида)=26 г/моль.
2.7. Какой объём 0,6 М раствора H2O2 пойдёт на окисление 150 мл 2н. раствора FeSO4 в реакции:
Ответ: 250 мл.
2.8. Определить объём хлора (н.у), необходимый для окисления 100 мл 0,5н раствора K2MnO4.
Ответ: 0,56 л.
2.9. 0,66 г кислоты требуются для нейтрализации 10 мл 1М раствора КОН. Найти молярные массы эквивалентов кислоты и ее кальциевой соли в обменной реакции.
Ответ: МЭ(кислоты)=66 г/моль; МЭ(соли)=85 г/моль.
2.10. Бромид металла в результате обменной реакции полностью переведен в сульфат, при этом масса уменьшилась в 1,47 раз. Найти молярную массу эквивалента металла. Определить какой это металл.
Ответ: МЭ(металла)=20 г/моль; Са.
Источник: chemege.ru
Примеры решения задач
3.1.1 Рассчитайте электродный потенциал Bi в 0,01 м растворе его соли.
Значение электродного потенциала рассчитаем на основании уравнения Нернста:
Значение стандартного электродного потенциала Е 0 висмута возьмем из ряда СЭП (+0,21 В), n – количество электронов, участвующих в процессе, равно заряду иона висмута «3+», концентрация ионов металла указана в условии задачи – 0,01 моль/л. Подставляем данные в формулу и производим расчет:
3.1.2 Какой гальванический элемент называется концентрационным? Составьте схему, напишите электронные уравнения электродных процессов и вычислите ЭДС гальванического элемента, состоящего из серебряных электродов, опущенных: первый в 0,01 Н, а второй в 0,1 Н растворы AgNO3.
Гальванический элемент, составленный из одинаковых электродов, погруженных в растворы одного и того же электролита, различающихся только концентрацией, называется концентрационным. При этом электрод, помещенный в более разбавленный раствор (с меньшей концентрацией ионов в растворе), играет роль анода, а электрод в более концентрированном растворе (с большей концентрацией ионов металла в растворе) – роль катода.
Схема работы данного гальванического элемента:
А) Ag 0 – 1ē = Ag + – процесс окисления;
К) Ag + + 1ē = Ag 0 – процесс восстановления.
Величина электродного потенциала отдельно взятого электрода рассчитывается по уравнению Нернста. Значение электродного потенциала серебра возьмем из ряда СЭП (+0,8 В), количество электронов, участвующих в процессе, равно заряду иона серебра «+1».
По уравнению Нернста найдем электродные потенциалы металла анода и катода:
l g 0,01 = 0,682 В.
В данном случае будем считать, что СН = [Me n + ], поскольку фактор эквивалентности нитрата серебра равен 1.
ЭДС гальванического элемента рассчитаем по формуле
ЭДС = ЕК – ЕА = 0,741 – 0,682 = 0,059 В.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Познавательно:
Общая характеристика российских конституций 1918, 1925, 1937, 1978 гг Потребность в новой конституции в любой стране возникает после каких-либо масштабных событий общественно-политического характера.
Психологическая структура личности Психологическая структура личности — это целостная модель.
Краткий словарь этических терминов Абсолютизм (этический) — методологический принцип истолкования природы нравственности.
Психологическая готовность к обучению в школе Готовность к школе — это совокупность определенных свойств и способов поведения (компетентностей) ребенка.
Распоряжение от 04.04.2017 №ЦД-115р «Об утверждении и вводе в действие «Правил учёта, маркировки (клеймения), выдачи и хранения тормозных башмаков». 1. Тормозные башмаки, находящиеся на балансе структурных подразделений Центральной дирекции управления движением https://studopedia.ru/24_21653_primeri-resheniya-zadach.html» target=»_blank»]studopedia.ru[/mask_link]
Оценка качества лек.средств
Вопрос №1: Оцените качество фурадонина по количественному содержанию, если на титрование навески массой 0,3607 г затрачено 13,7 мл 0,1 моль/л раствора натрия метилата. На контрольный опыт израсходовано 0,2 мл титранта. Кпопр=1,01.
Содержание фурадонина в пересчете на сухое вещество должно быть не менее 98,0% и не более 102,0%.
Рассчитаем химическое количество натрия метилата, пошедшего на титрование:
n(нат.мет.) = 0,1·0,0137·1,01 = 0,0013837 моль
Контрольная работа №2
Вопрос №1: Оцените качество фурадонина по количественному содержанию, если на титрование навески массой 0,3607 г затрачено 13,7 мл 0,1 моль/л раствора натрия метилата. На контрольный опыт израсходовано 0,2 мл титранта. Кпопр=1,01.
Содержание фурадонина в пересчете на сухое вещество должно быть не менее 98,0% и не более 102,0%.
Рассчитаем химическое количество натрия метилата, пошедшего на титрование:
n(нат.мет.) = 0,1·0,0137·1,01 = 0,0013837 моль
Химическое количество фурадонина равно химическому количеству натрия метилата = 0,0013837 моль.
Рассчитаем массу фурадонина:
m(фурадонин) = 0,0013837·238,10 = 0,3295 г
Рассчитаем массовую долю фурадонина в навеске: 0,3295 / 0,3607 = 0,914 = 91,4%
Следовательно, лекарственное вещество не соответствует требованиям ГФ, так как его массовая доля на (98,0 – 91,4) 6,6% ниже нормы.
Вопрос №6: Предложите и обоснуйте методы количественного определения кислоты аскорбиновой и кислоты никотиновой при их совместном присутствии в лекарственной форме. Напишите химизм, формулы расчета.
При совместном присутствии невозможно количественно определить данные кислоты методом кислотно- основного титрования. Поэтому можно выбрать следующие методики – для кислоты аскорбиновой йодатометрию, а для кислоты никотиновой – йодометрию.
Кислоту аскорбиновую титруют в присутствии калия йодида, небольшого количества кислоты хлороводородной и крахмала 0,1 и. стандартным раствором калия Йодата до синего окрашивания:
Избыточная капля титрованного раствора калия йодата реагирует с калия йодидом, выделяя йод, который указывает на конец титрования:
Кислоту никотиновую можно определить йодометрически после осаждения никотината меди:
Вопрос №11: Количественное определение препарата «Пирацетам 0,4 г в капсулах» состава:
Пирацетама 0,4 г
Кальция стеарата 0,0043 г
Магния карбоната основного до массы содержимого капсулы 0,43 г
предлагают проводить по следующей методике:
Около 0,16 г (точная масса) содержимого капсул помещают в колбу Кьельдаля. Прибавляют 4 мл воды и присоединяют к прибору Кьельдаля. Прибавляют постепенно из делительной воронки 45 мл 30% раствора натрия гидроксида и отгоняют аммиак в приемник, в который предварительно наливают 15 мл раствора борной кислоты и 10 капель смешанного индикатора. Отгонку ведут до получения приблизительно 150 мл отгона. Титруют отгон 0,1 моль/л раствором хлороводородной кислоты.
Параллельно проводят контрольный опыт. 1 мл 0,1 моль/л раствора хлороводородной кислоты соответствует 0,01422 г пирацетама, которого должно быть не менее 0,36 г и не более 0,44 г, считая на среднюю массу содержимого одной капсулы.
Охарактеризуйте сущность предложенной методики. Напишите уравнения химических реакций. Укажите фактор эквивалентности и расчетную формулу для определения массовой доли вещества в граммах.
В основе количественного определения пирацетама лежит реакция взаимодействия препарата с раствором натрия гидроксида – метод Кьельдаля.
При нагревании пирацетама с раствором натрия гидроксида выделяется аммиак, который обнаруживают по запаху и посинению красной лакмусовой бумаги (карбоксамидная группа):
Фактор эквивалентности будет равен 1.
Формула для расчета массовой доли:
С – молярная концентрация, моль/л
V – объем раствора, пошедшего на титрование, л
К – поправочный коэффициент
Мэкв – молярная масса эквивалента, г/моль
Mн – масса навески, г
Вопрос 16: Дайте обоснование возможным методам количественного определения декстрозы (глюкозы) 5%. Приведите химизм, условия проведения, формулы расчета.
Количественного определения препаратов глюкозы НТД не предусмотрено. Однако провести количественную оценку этого вещества можно различными методами.
Содержание глюкозы определяют йодометрическим методом, основанном на окислении альдегидной группы щелочными растворами йода до образования натриевой соли глюконовой кислоты:
Фактор эквивалентности равен 1/3.
С – молярная концентрация, моль/л
V – объем раствора, пошедшего на титрование, л
К – поправочный коэффициент
Мэкв – молярная масса эквивалента, г/моль
Mн – масса навески, г
Вопрос №21: При определении чистоты гоматропина гидробромида рекомендуется проводить определение недопустимых примесей (атропина, гиосциамииа, скополамииа) по следующей методике: к 0,01 г препарата в фарфоровой чашке прибавляют 1 мл концентрированной азотной кислоты и выпаривают на водяной бане досуха. К остатку прибавляют 5 капель 0,5 моль/л спиртового раствора калия гидроксида и 5 капель ацетона; не должно появляться фиолетового окрашивания. Назовите тип реакции и объясните, почему гоматропин не вступает в нее?
Это реакция Витали-Морена (реакция окисления). Ее суть заключается в следующем: при нагревании с концентрированной азотной кислотой образуется остаток желтого цвета, который при добавлении этанольного раствора калия гидроксида переходит в продукт синего или красно-фиолетового цвета, растворимый в ацетоне. При этом образуются различные продукты реакции. Реакцию Витали-Морена не дает гоматропина гидробромид, так как в его структуре присутствует гидроксогруппа миндальной кислоты, которая взаимодействует с азотной кислотой.
Задача №26: Предложите и обоснуйте возможные методы количественного определения концентрата натрия салицилата 10%. Приведите химизм реакций, укажите условия проведения, формулы расчета.
Количественный анализ салицилата натрия проводят ацидиметрически по метиловому оранжевому:
Титрование проводят в присутствии эфира для удаления из реакционной среды кислот, с рН 2,5—3,0, которые могут изменить окраску индикатора до наступления точки эквивалентности.
Фактор эквивалентности равен 1.
С – молярная концентрация, моль/л
V – объем раствора, пошедшего на титрование, л
К – поправочный коэффициент
Мэкв – молярная масса эквивалента, г/моль
Mн – масса навески, г
Вопрос №31: Дайте оценку качества раствора натрия хлорида изотонического 0,9% в соответствии с требованиями приказа МЗ РФ №305, если на титрование 0,5 мл раствора израсходовано 0,81 мл 0,1 моль/л раствора нитрата серебра.
1 мл 0,1 моль/л раствора серебра нитрата соответствует 0,005844 г натрия хлорида.
Согласно Приказу МЗ РФ №305 при химическом контроле достаточно установить, что в растворе содержится не менее 1,71 г и не более 1,89 г хлорида натрия (отклонение ±5%).
Рассчитаем химическое количество нитрата серебра, пошедшего на титрование:
n(AgNO3) = 0,1·0,00081 = 0,000081 моль
Химическое количество натрия хлорида равно химическому количеству нитрата серебра = 0,000081 моль.
Рассчитаем концентрацию натрия хлорида:
С(NaCl) = 0,000081 / 0,0005 = 0,162 моль/л
Рассчитаем массовую долю хлорида натрия в анализируемом растворе:
ω = 0,162·58,5 / = 9,5%
Следовательно, лекарственное вещество не соответствует требованиям ГФ, так как его массовая доля на (9,5 – 0,9) 8,6% выше нормы.
NaOH + HCl → NaCl + H2O
Рассчитаем химическое количество соляной кислоты, пошедшей на титрование:
n(HCl) = 0,05·0,0017 = 0,000085 моль
Химическое количество натрия гидроксида равно химическому количеству соляной кислоты = 0,000085 моль.
Рассчитаем массу натрия гидроксида:
m(NaOH) = 0,000085 · 40 = 0,0034 г
Рассчитаем массовую долю гидроксида натрия в анализируемом растворе:
ω = 0,0034 / 0,49 · 100% = 0,7%
Следовательно, лекарственное вещество не соответствует требованиям ГФ по содержанию примеси гидроксида натрия, так как его массовая доля на (0,7– 0,25) 0,45% выше нормы.
Вопрос №41: Дайте обоснование возможным методам количественного определения ингредиента в растворе калия бромида 20%. Приведите химизм, условия проведения, формулы расчета.
В основе определения лежат следующие реакции, представленные уравнениями:
Избыток титранта сразу же взаимодействует с индикатором с образованием осадка оранжево-красного цвета, по которому устанавливается конец титрования.
Фактор эквивалентности равен 1.
С – молярная концентрация, моль/л
V – объем раствора, пошедшего на титрование, л
К – поправочный коэффициент
Мэкв – молярная масса эквивалента, г/моль
Mн – масса навески, г
Вопрос №46: Дайте обоснование возможным методам количественного определения раствора кислоты хлороводородной 2%. Приведите химизм, условия проведения, формулы расчета.
NaOH + HCl → NaCl + H2O
Фактор эквивалентности равен 1.
С – молярная концентрация, моль/л
V – объем раствора, пошедшего на титрование, л
К – поправочный коэффициент
Мэкв – молярная масса эквивалента, г/моль
Mн – масса навески, г
- Фармацевтическая химия. Учеб. пособие / Пол ред. А.П. Арзамасцева – М.: ГЭОТАР-МЕД, 2004. – 640 с.
- Руководство к лабораторным занятиям по фармацевтической химии: Учеб. пособие/Аксенова Э.Н., Андрианова О.П., Арзамасцев А.П. и др./ Под ред. А.П. Арзамасцева. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Медицина, 2001. — 384 с: ил.
- Беликов В.Г. Фармацевтическая химия. В 2 ч. Ч.1. Общая фармацевтическая химия: Учеб. для фармац. ин-тов и фак. мед. ин-тов. — М.: Высш. шк., 1993. – 432 с.
- Беликов В.Г. Фармацевтическая химия В 2 ч. Ч.2. Специальная фармацевтическая химия: Учеб. для вузов. — Пятигорск, 1996.- 608 с.
- Глушенко Н.Н. Фармацевтическая химия: Учебник для студ. сред. проф. учеб. заведений / Н. Н. Глушенко, Т. В. Плетенева, В. А. Попков; Под ред. Т. В. Плетеневой. — М.: Издательский центр «Академия», 2004. — 384 с.
- Кулешова М.И. и др. Анализ лекарственных форм, изготовляемых в аптеках/М. И. Кулешова, Л. И. Гусева, О. К. Сивицкая.— Пособие. 2-е изд., перераб. и доп.— М.: Медицина, 1989.—288 с.
- Мелентьева Г.А., Антонова Л.А. Фармацевтическая химия. — М.: Медицина, 1985.— 480 с, ил.
- Перельман Я.М. Анализ лекарственных форм (практическое руководство). – Л.: Медгиз, 1961. – 616 с.
- Халецкий А.М. Фармацевтическая химия. – Л.: Медицина, 1966. – 764 с.
- Государственная Фармакопея СССР: Вып.1. Общие методы анализа / МЗ СССР. — 11-е изд. — М.: Медицина, 1987. — 336 с.
- Государственная фармакопея российской федерации / «Издательство «Научный центр экспертизы средств медицинского применения», 2008.- 704 с: ил.
- Орлов В. Д., Липсон В. В., Иванов В. В. Медицинская химия — Харьков: Фолио, 2005. — 461 с.
Контрольная работа №3
Вопрос №1: Рассчитайте удельный показатель поглощения и оцените качество дигитоксина, если навеску дигитоксина массой 0,0201 г растворили в 50 мл этанола, 5 мл этого раствора перенесли в мерную колбу на 50 мл и довели спиртом до метки. К 5 мл полученного раствора прибавляли 5 мл пикрата натрия. Средняя оптическая плотность полученного раствора при 495 нм равна 0,440, толщина кюветы 10 мм. Удельный показатель поглощения должен быть 215-235. Содержание дигитоксина в препарате не менее 99,8%.
Источник: www.myunivercity.ru