РАСЧЕТ МОЛЯРНОЙ МАССЫ ЭКВИВАЛЕНТА СОЕДИНЕНИЯ
Для любого соединения общей является формула (1), но эквивалентное число z для каждого класса находится по-разному. Рассмотрим основные классы неорганических соединений в реакциях нейтрализации и обмена:
1.Кислоты имеют в своем составе активный водород, способный замещаться в реакциях нейтрализации, следовательно, эквивалентное число z для кислоты равно числу катионов водорода в ее составе, или ее основности.
z кислоты = n (Н + ) = основности . (4)
2.Основания имеют в своем составе гидроксогруппу ОН – , способную соединяться с одним ионом водорода:
Следовательно, эквивалентное число z для основания равно числу гидорксогрупп в его составе, или его кислотности.
z основания = n (ОН – ) = кислотности . (5)
3.Соли имеют в своем составе металл и кислотный остаток. Каждая соль может быть получена реакцией нейтрализации, в которой ион металла замещает ионы водорода. Следовательно, эквивалентное число z для соли равно произведению числа атомов металла в ее составе и степени окисления металла.
Химический эквивалент и фактор эквивалентности в ОВР
z соли = n (Ме) · | С.О .(Ме) | (6)
4.Оксиды состоят из элемента и кислорода. Если предположить, что в реакциях обмена элемент замещается на водород, то эквивалентное число z для оксида равно произведению числа атомов элемента и валентности элемента, образующего оксид.
z оксида = n (элемента) * | C . O .(элемента)| (7)
Пример 2 : Рассчитайте молярные массы эквивалента для соединений: Cu ( OH )2, H 2 CO 3 , Al 2 ( SO 4 )3, Fe 2 O 3 .
Решение: Молярная масса соединения равна:
М( Cu ( OH )2) = 63.5 + (16 +1)2 = 97.5 г/моль.
Cu ( OH )2 относится к классу оснований, в своем составе содержит две группы ОН – , эквивалентное число z ( Cu ( OH )2) = 2. Таким образом, химический эквивалент данного соединения – это условная частица, составляющая 1/2 часть реально существующей молекулы Cu ( OH )2 , или 1/2 Cu ( OH )2 .
Молярная масса эквивалента 1/2 Cu ( OH )2 :
M (1/2 Cu ( OH )2 ) = = = 48.8 г/моль.
H 2 CO 3 относится к классу кислот, в своем составе содержит два водорода, следовательно, эквивалентное число z ( H 2 CO 3 ) = 2.
Молярная масса соединения равна:
М( H 2 CO 3 ) = 1 × 2 + 12 +16 × 3 = 62 г/моль.
Таким образом, молярная масса эквивалента H 2 CO 3 составляет:
M (1/2 H 2 CO 3 ) = = = 31 г/моль.
Al 2 ( SO 4 )3 относится к классу солей, в своем составе содержит два атома металла со степенью окисления +3. Эквивалентное число для соли находим по формуле (6):
z (Al2(SO4)3 )= n(Al) · | С . О .(Al) | = 2 × 3 = 6
Молярная масса соединения равна:
М( Al 2 ( SO 4 )3) = 27 × 2 + (32 +16 × 4) × 3 = 342 г/моль.
Теперь можно рассчитать молярную массу эквивалента данной соли:
Fe 2 O 3 относится к классу оксидов, в своем составе содержит два атома железа со степенью окисления +3. Эквивалентное число для оксида находим по формуле (7):
Химический эквивалент и фактор эквивалентности в реакциях ионного обмена
z ( Fe 2 O 3 ) = n ( Fe ) * | C . O .( Fe )| = 2 × 3 = 6
Молярная масса соединения равна:
М( Fe 2 O 3 ) = 56 × 2 +16 × 3 = 160 г/моль.
Далее рассчитаем молярную массу эквивалента данного оксида:
M (1/6 Fe 2 O 3 ) = = = 26.7 г/моль.
Ответ : 48.8 г/моль; 31 г/моль; 57 г/моль; 26.7 г/моль.
Источник: www.chem-astu.ru
Osnovy kolichestvennogo analiza (1)
аммиачный буфер
Молярные массы эквивалента титранта и определяемого катиона равны их молярным массам. Уравнения (1-3) также показывают, что степень протекания реакции зависит от рН раствора. Влияние кислотности заметно при титровании катионов, которые образуют сравнительно малоустойчивые комплексы, поэтому такие катионы, как Mg 2+ , Ca 2+ , Zn 2+ , Sr 2+ и др., можно оттитровать только в щелочной среде.
Катионы, образующие очень устойчивые комплексы (Fe 3+ , Al 3+ , Se 3+ , Zr 2+ и др.), можно оттитровать и в довольно кислом растворе. Например: железо – при рН = 2; алюминий – при рН = 5. Концентрация ЭДТА в используемых растворах составляет 0,1; 0,05; 0,025 и 0,01 моль/л.
Раствор ЭДТА можно готовить по точной навеске с учетом содержания 0,3% Н 2 О, однако его титр устанавливают по раствору соли цинка(II) или висмута(III), полученному растворением точной навески соответствующих металлов в соляной кислоте. Индикаторы . Точку эквивалентности устанавливают с помощью индикаторов (металлоиндикаторов), которые представляют собой органические красители, образующие с определяемыми катионами металлов растворимые в воде окрашенные комплексные соединения.
В качестве индикаторов применяют: эриохром черный Т и кислотный хром темно-синий, мурексид, ксиленовый оранжевый и др. М-Ind отличался от цвета свободного индикатора. Вблизи точки эквивалентности цвет раствора должен резко меняться, что происходит в том cлyчae, когда константа устойчивости комплекса «металл–индикатор» меньше константы устойчивости комплекса «металл–титрант».
Так, например, индикатором при определении ионов магния служит эриохром черный Т, водный раствор которого окрашен в синий цвет. При взаимодействии эриохрома черного Т (который условно можно обозначить H 2 Ind) с ионами Mg 2+ образуется комплекс, окрашенный в красный цвет: По мере прибавления раствора трилона Б (Na 2 Н 2 Tr) последний вытесняет из комплекса MgInd эриохром черный Т, так как трилон Б образует с ионами магния более прочный комплекс Na 2 MgTr (сравните константы нестойкости этих комплексов), при этом окраска раствора постепенно становится фиолетовой, а в эквивалентной точке раствор окрашивается в синий цвет: MgInd + Na 2 H 2 Tr 
Na 2 MgTr + H 2 Ind Реакция ионов магния с трилоном Б сопровождается выделением протонов, то есть раствор становится более кислым. В кислоii среде комплекс трилона Б с магнием разрушается, поэтому для связывания ионов Н + применяется аммиачный буфер, состоящий из смеси NH 4 OH с NH 4 Cl. При этом положение
М (Zn) – молярная масса цинка; V к , V пип. – объем раствора Zn 2+ колбы и пипетки соответственно; V (ЭДТА) – объем ЭДТА, израсходованный на титрование.
| с (ЭДТА ) | М (Zn) | V к V (ЭДТА ) | |||||||||
| m (Zn) = | ; | ||||||||||
| V пип. 1000 | |||||||||||
| m (Zn) = | 0 , 2 | 65 100 20 , 00 | = 1,3000 (г). | ||||||||
| 20 , 00 1000 | |||||||||||
| 3. Определяем массу металлического цинка: | |||||||||||
| (Zn) = | m (Zn) | 100 % ; | m мет. (Zn) = | m (Zn) | 100 % ; | ||||||
| m мет. | (Zn) | ω | |||||||||
| 1,3000 | 100 | ||||||||||
| m мет. (Zn) = | = 1,3001 (г). | ||||||||||
| 99 , 99 | |||||||||||
Ответ: m мет. (Zn) = 1,3001 г. Задача № 2 При комплексонометрическом анализе раствора хлорида кальция, применяемого для инъекций, к 10 мл раствора прибавили 90 мл воды и получили 100 мл исходного анализируемого раствора. На прямое титрование 10,00 мл исходного анализируемого раствора в среде аммиачного буфера израсходовали 8,67 мл стандартного 0,05 моль/л раствора ЭДТА. Определите массу кальция в исходном анализируемом растворе и массу CаCl 2 6H 2 O в 1 мл раствора для инъекций. Решение: 1. Записываем уравнение реакции: Са 2+ + Na 2 H 2 Y = Na 2 [CaY] + 2H + 2. Используя закон эквивалентов, определяем массу кальция в исходном анализируемом растворе по формуле:
| m (Ca 2+ ) = | с (ЭДТА ) | V (ЭДТА ) | М (Ca) V к | (г); | ||
| V пип. | 1000 | |||||
| m (Ca 2+ ) = | 0 , 05 8 , 67 | 40 , 08 | 100 | = 0,1737 (г). | ||
| 10 | 1000 | |||||
3. Определяем массу CаCl 2 6H 2 O, содержащуюся в 1 мл раствора для инъекций. Так как в 10 мл раствора для инъекций содержится 0,1737 г Са 2+ (это в 100 мл анализируемого раствора), то в 1 мл раствора для инъекций будет содержаться 0,01737 г Са 2+ . В 219,08 г CаCl 2 6H 2 O содержится 40 г Са 2+ ,
| а в | х г CаCl 2 6H 2 O содержится 0,01737 г Са 2+ . | |
| х = | 219 , 08 0 , 01737 | = 0,0951 г. |
| 40 | ||
Ответ : m (Ca 2+ ) = 0,1737 г; m (CаCl 2 6H 2 O) = 0,0951 г.
Задача № 3 Определите общую жесткость воды, если на титрование 100,00 мл воды израсходовано 2,40 мл раствора комплексона III с (1/2Na 2 H 2 Y) = 0,1 моль/л. Решение: Общую жесткость воды определяем по формуле:
| с (1/2Na | 2 H 2 Y) | V (Na 2 H 2 Y) 1000 | ||
| Ж о = | , ммоль/л; | |||
| V пип. | ||||
| Ж о = | 0 , 1 2 , 40 | 1000 | = 2,4 ммоль/л. | |
| 100 | ||||
Ответ : Ж о = 2,4 ммоль/л. Задачи и упражнения для самостоятельного решения 1. Рассчитайте навеску комплексона III для приготовления 250 мл раствора с концентрацией с ( 1 Na 2 H 2 Y) = 0,05 моль/л. Ответ : 2,2690 г. 2 2. На титрование 20,00 мл раствора MgSO 4 , приготовленного из 1,5250 г безводного MgSO 4 (х.ч.), в мерной колбе вместимостью 500 мл расходуется 19,55 мл раствора комплексона III.
Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента комплексона III в растворе. Ответ : 0,0518 моль/л. 3. На титрование 100,00 мл воды потребовалось 2,40 мл раствора комплексона III с концентрацией с ( 1 Na 2 H 2 Y) = 0,1 моль/л. Карбонатная жесткость воды 2 равна 2 ммоль/л. Вычислите общую и некарбонатную жесткость воды. Ответ : 2,40 ммоль/л; 0,4 ммоль/л.
4. Жесткость воды равна 4,35 мг-экв/л. Какую массу соды необходимо добавить к 1 м 3 этой воды для устранения жесткости? Ответ : 230,55 г. 5. Определите общую жесткость воды, в 1 л которой содержится Mg(HCO 3 ) 2 массой 60 мг и Са(НСО 3 ) 2 массой 48 мг. Ответ : 12,7 мг-экв/л.
6. При комплексонометрическом определении цинка оттитровали 20,00 мл анализируемого раствора, содержащего соль цинка в аммиачном буфере, стандартным раствором ЭДТА с концентрацией 0,0250 моль/л в присутствии индикатора эриохрома черного Т до перехода красно-фиолетовой окра- ски раствора в синюю. На титрование израсходовали 15,00 мл титранта.
Определите молярную концентрацию, титр и массу Zn 2+ в анализируемом растворе. Ответ : 0,0188 моль/л; 0,001226 г/мл; 0,0245 г. Учебно-исследовательская лабораторная работа Тема: Определение жесткости воды комплексонометрическим титрованием Цели работы: научиться определять жесткость воды комплексонометрическим методом.
Необходимая посуда и реактивы: бюретка (25 мл), пипетка (50 мл), колба для титрования (250 мл), аммиачный буферный раствор, индикатор эриохром черный Т, раствор ЭДТА (трилон Б). Сущность метода : определение основано на титровании пробы воды в аммонийном буфере 0,01М раствора ЭДТА в присутствии индикатора эриохрома черного Т. Порядок выполнения работы. 1. В колбу для титрования на 250 мл отберите пипеткой 50,00 мл исследуемого образца воды. 2. Добавьте 5 мл аммиачного буферного раствора (равные объемы 0,1М
| NH 4 Cl и 0,1М NH 4 OH; рН | 9) и неполную лопаточку ( | 0,01 г) индикатора | |||||||||
| эриохрома черного Т (смесь сухого эриохрома черного Т с сухим хлоридом | |||||||||||
| натрия или калия в соотношении 1:100). | |||||||||||
| 3. | Заполните бюретку раствором титранта (0,01М ЭДТА) и оттитруйте приго- | ||||||||||
| товленную пробу при непрерывном перемешивании раствора до перехода | |||||||||||
| вишнево-красной окраски в сине-голубую (через фиолетовую). Вблизи точ- | |||||||||||
| ки эквивалентности титрование проводят очень медленно. | |||||||||||
| 4. | Повторите опыт не менее трех раз и из сходных результатов найдите сред- | ||||||||||
| ний объем раствора ЭДТА. Результаты титрования не должны отличаться | |||||||||||
| друг от друга более чем на 0,1 мл. Результаты опыта запишите в таблицу: | |||||||||||
| № | Объем раствора ЭДТА, мл | Жесткость воды, | |||||||||
| пробы | V 1 | V 2 | V 3 | V ср | ммоль/л | ||||||
| 1. | |||||||||||
| 2. | |||||||||||
| 3. | |||||||||||
| 5. | Рассчитайте жесткость воды по формуле: | ||||||||||
| Ж | с (ЭДТА ) V ср | 1000 | ммоль/л, | ||||||||
| V п | |||||||||||
где с (ЭДТА) и V ср – молярная концентрация и средний объем ЭДТА; V п – объем пробы, мл. 6. На основании полученных данных сделайте вывод о жесткости воды. План оформления отчета: 1. Дата и название работы. 2. Цель работы. 3. Сущность метода. 4. Порядок выполнения работы. 5. Результаты полученных опытных данных.
6. Расчеты по данным эксперимента. 7. Выводы по работе.
Источник: studfile.net
Вычисления fЭ, эквивалента и молярной массы эквивалента
Пример 1. Вычислить молярную массу эквивалента H2SO4.
1. В реакциях многопротонных кислот могут участвовать все ионы водорода или только часть их:
2. Из уравнений следует: в первой реакции одному иону водорода соответствует 1 моль серной кислоты: fЭ = 1; во второй – одному иону водорода эквивалентна ½ моль H2SO4; fЭ = ½.
4. Следовательно, = 98,08 г/моль (реакция 1)
= ½ 98,08 = 49,04 г/моль (реакция 2)
Пример 2. Вычислить молярные массы эквивалента H2С2O4.в реакциях нейтрализации и окисления-восстановления.
Из уравнения «а» следует, что в реакцию нейтрализации вступают два иона водорода Н2С2О4, следовательно, одному иону водорода соответствует ½ моль Н2С2О4; fЭ (Н2С2О4) = ½.
В обеих реакциях МЭ (Н2С2О4) = fЭ × М = ½ × 126,08 г/моль = 63,04 г/моль.
Вычисления концентрации растворов
Концентрация раствора есть число, показывающее, сколько растворенного вещества содержится в массовой или объемной единице раствора.
Способы выражения концентрации раствора:
Процентная концентрация (массовая доля %) – масса растворенного вещества в 100 г раствора:
В количественном химическом анализе используют растворы точной концентрации (молярной, молярной концентрации эквивалента).
Молярная концентрация (См, М) – количество растворенного вещества (в молях) в 1 дм 3 раствора.
Молярная концентрация эквивалента (СЭ, N, н) – количество вещества эквивалента (в молях) 1 дм 3 (л) раствора.
СМ = n (X) / V; СМ = m × 1000 / M × V
Если фактор эквивалентности вещества равен 1, то СМ = СЭ.
Растворы точной концентрации, предназначенные для титрования, называют титрованными растворами. Кроме вышеуказанных способов (СМ, СЭ), их концентрация также выражается через титр раствора, титр раствора по определяемому веществу.
Титр раствора – масса вещества в 1 см 3 (мл) раствора.
Титр раствора по определяемому веществу (титр соответствия, титриметрический фактор пересчета) – масса определяемого вещества, соответствующая 1 см 3 (мл) титрованного раствора.
Такие растворы характеризуются также коэффициентом поправки Кп – числом, показывающим, во сколько раз приготовленный раствор крепче или слабее по сравнению с теоретически заданной концентрацией.
(для стандартных растворов) (для стандартизованных растворов)
Пример 3. 5 г Na2SO4 растворили в 100 г воды. Рассчитать массовую долю растворенного вещества в растворе.
1. Вычисляют массу полученного раствора
где m1 – масса вещества; m2– масса растворителя.
m = 5 + 100 = 105,0000 г раствора
2. Рассчитывают массовую долю вещества, составляя пропорцию:
Пример 4. Из 2,5000 г Na2CO3 приготовлено 500 см 3 раствора. Вычислить для этого раствора , СМ, СЭ.
1. Для вычисления титра находят массу вещества, содержащуюся в 1 см 3 раствора
2. Молярную концентрацию вычисляют по формуле
3. Молярную концентрацию эквивалента можно найти двумя путями:
а) Находят молярную массу эквивалента Na2CO3
МЭ = ½ М = ½ 105,99 = 53 г/моль
Затем можно воспользоваться известным титром раствора
б) Или можно воспользоваться величиной навески:
Пример 5. Определить массовую долю AgNO3 в 0,05 моль/дм 3 раствора (r=1 г/дм 3 ).
1. Рассчитывают г/см 3 .
2. Вычисляют массу вещества в 1 дм 3 раствора:
, значит: 0,85%-ный раствор нитрата серебра.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник: studopedia.ru