Молярная масса эквивалента kmno4 в кислой среде. Эквивалент, фактор эквивалентности, молярная концентрация эквивалентов. Расчет эквивалента металла

Пример 2. Вычислите молярную концентрацию эквивалентов ортофосфорной кислоты в 20%-ном растворе H 3 PO 4 , плотность которого 1,020 г/см 3 , учитывая уравнение

H 3 PO 4 + 3KOH = K 3 PO 4 + 3H 2 O.

Решение. Молярная концентрация эквивалентов вещества х (символ С экв (х ), единица измерения моль/м 3 или моль/л) определяется количеством вещества эквивалентов n экв (х ), находящихся в 1 л раствора.

Молярная концентрация эквивалентов зависит от реакции, так как, одно и то же вещество в различных реакциях может иметь разные значения эквивалентного числа.

1. Рассчитываем фактор эквивалентности H 3 PO 4 в данной реакции.

Реагент КОН обменивает с одной формульной единицей 1 ФЕ (H 3 PO 4) три гидроксильные группы ОН – , каждая их которых эквивалентна иону Н + . Следовательно, эквивалентное число Z (H 3 PO 4) = 3, фактор эквивалентности f (H 3 PO 4) = .

2. Рассчитываем молярную массу эквивалентов.

Молярная масса эквивалентов H 3 PO 4 равна произведению фактора эквивалентности H 3 PO 4 на молярную массу H 3 PO 4 (98 г/моль):

М экв (H 3 PO 4) = f (H 3 PO 4) · = 1/3 · 98 = 32,66 г/моль.

3. Вычислим массу 1 л раствора, исходя из значений плотности:

m = V · ρ = 1000 мл · 1,020 г/см 3 = 1020 г.

в 100 г раствора H 3 PO 4 содержится 20 г H 3 PO 4 ;

в 1020 г раствора H 3 PO 4 содержится х г H 3 PO 4 ,

х = г.

4. Определим количество эквивалентов вещества H 3 PO 4 в 1 л раствора.

Количество вещества эквивалентов показывает количество вещества (в молях), в котором частицами являются эквивалентны (реальные или условные частицы вещества).

Количество вещества эквивалентов H 3 PO 4 в 1 л раствора получим делением числа граммов H 3 PO 4 в 1 л раствора на молярную массу эквивалентов H 3 PO 4:

n экв (Н 3 PO 4) = моль,

т.е. получим 6,25 моль вещества.

Значит С экв (H 3 PO 4 , f = ) = 6,25 моль/л. Этот способ выражения концентрации еще называется нормальностью раствора (н) и записывается 6,25н H 3 PO 4 , т.е. 1 л этого раствора содержит 6,25 моль эквивалентов ортофосфорной кислоты.

Пример 3. Учитывая уравнение реакции

KOH + H 2 SO 4 = KHSO 4 + H 2 O,

рассчитайте фактор эквивалентности f (KOH) и f (H 2 SO 4). Определите молярную концентрацию эквивалентов раствора серной кислоты H 2 SO 4 , если на нейтрализацию 24,5 мл кислоты потребовалось 23,0 мл раствора гидроксида калия KOH, С экв (KOH) = 0,15 моль/л.

Решение. Растворы различной молярной концентрации эквивалентов взаимодействуют в объемах, обратно пропорциональных их молярным концентрациям эквивалентов.

Зная молярную концентрацию эквивалентов одного из двух реагирующих растворов и их объемы, определяем молярную концентрацию эквивалентов второго раствора:

или С экв (А) · V p (A) = C экв (В) · V p (B),

1. Рассчитаем фактор эквивалентности f (KOH) и f (H 2 SO 4). Реагент KOH обменивает с одной формульной единицей 1 ФЕ H 2 SO 4 одну гидроксильную группу ОН – , которая эквивалентна иону Н + . Следовательно, эквивалентное число Z (H 2 SO 4) = 1, фактор эквивалентности f (H 2 SO 4) = 1.

Эквивалентное число Z (KOH) = 1, f (KOH) = 1.

2. Вычислим молярную концентрацию эквивалентов раствора H 2 SO 4 .

, отсюда

С экв (Н 2 SO 4 , Н 2 О, f = 1) = =

0,14 моль/л или 0,14н H 2 SO 4 .

Пример 4. Определить массу (г) перманганата калия KMnO 4 , необходимую для приготовления 0,5 л 0,2н раствора, предназначенного для изучения окислительных свойств вещества в кислой среде

(MnO 4) – + 8H + + 5e – = Mn 2+ + 4H 2 O.

Решение.

1. Определим фактор эквивалентности f (KMnO 4).

Ионно-электронное уравнение полуреакции показывает, что степень окисления марганца изменяется от +7 до +2. Одна формульная единица (MnO 4) – присоединяет пять электронов, поэтому эквивалентное число Z (MnO 4 –) = 5. Следовательно, и эквивалентное число KMnO 4 равно Z (KMnO 4) = 5, фактор эквивалентности f (KMnO 4) = . Молярная масса KMnO 4 равна = 158 г/моль.

2. Вычислим массу KMnO 4 необходимую для приготовления 0,5 л 0,2н раствора.

Молярная концентрация эквивалентов С экв (х ) равна отношению количества вещества эквивалентов n экв (х ) к объему раствора V p:

где m x – масса вещества (г);

f (x ) – фактор эквивалентности;

М х – молярная масса вещества, г/моль;

V p – объем раствора (л).

г.

Ответ: Для приготовления 0,5 л 0,2н раствора необходимо взять 3,16 г KMnO 4 .

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

121. К раствору серной кислоты объемом 400 мл, плотность которого равна 1,1 г/мл, а массовая доля H 2 SO 4 15 %, добавили воду массой 60 г. Определите массовую долю серной кислоты в полученном растворе.

Ответ: 13,2%.

122. Рассчитайте молярную концентрацию (моль/л) хлорида марганца (II) MnCl 2 , если в 200 мл раствора содержится 2,52 г растворенного вещества.

Ответ: 0,1М.

123. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалентов (моль/л) хлорида цинка ZnCl 2 , в 200 мл раствора которого содержится 1,83 г этого вещества. Реакция протекает по уравнению:

ZnCl 2 + 4NaOH = Na 2 + 2NaCl.

Ответ: 0,3 моль/л.

124.Определите массу (г) перманганата калия KMnO 4 , необходимую для приготовления 1,5 л 0,3н раствора, предназначенного для изучения окислительных свойств этого вещества в нейтральной среде:

(MnO 4) – + 3e – + 2H 2 O = MnO 2 + 4(OH) – .

Ответ: 23,7 г.

125. Вычислите титр 40%-ного раствора серной кислоты H 2 SO 4 плотностью ρ = 1,307 г/см 3 .

Ответ: = 0,5228 г/мл.

126. Реакция протекает по уравнению:

3Ba(OH) 2 + 2H 3 PO 4 = Ba 3 (PO 4) 2 + 6H 2 O.

Вычислите фактор эквивалентности f (Ba(OH) 2) и f (H 3 PO 4). Определите, какой объем ортофосфорной кислоты с С экв (H 3 PO 4) = 0,7 моль/л необходим для нейтрализации 30 мл раствора гидроксида бария Ba(OH) 2 , титр которого 0,0960 г/мл.

Ответ: 48 мл.

127. Рассчитайте массу глюкозы С 6 Н 12 О 6 и воды, необходимых для приготовления 200 г 5%-ного раствора.

Ответ: 10 г глюкозы, 190 г воды.

128. Определите массу (г) нитрата никеля Ni(NO 3) 2 , содержащегося в 200 мл 0,125М раствора Ni(NO 3) 2 .

Ответ: 4,6 г.

129. Реакция протекает по уравнению:

Cr(NO 3) 3 + 3NaOH = Cr(OH) 3 + 3NaNO 3 .

Вычислите молярную концентрацию эквивалентов нитрата хрома Cr(NO 3) 3 , в 3 л которого содержится 52,2 г этого вещества.

Ответ: 0,22н.

130. Определите массу (г) дихромата калия K 2 Cr 2 O 7 , необходимую для приготовления 1 л 2н раствора, предназначенного для изучения окислительных свойств этого вещества в кислой среде:

(Сr 2 O 7) 2– + 6e – + 14H + = 2Cr 3+ + 7H 2 O.

Ответ: 98 г.

131. Вычислите титр раствора гидрооксида калия KOH, полученного при растворении 25 г KOH и 160 г воды, если плотность раствора равна 1,24 г/см 3 .

Ответ: Т KOH = 0,1675 г/мл.

132. Реакция протекает по уравнению:

Zn(OH) 2 + 2HCl = ZnCl 2 + 2H 2 O.

Рассчитайте фактор эквивалентности f (Zn(OH) 2) и f (HCl).Определите, какой объем раствора соляной кислоты HCl, С экв (HCl) = 0,1 моль/л необходим для нейтрализации 8 мл раствора гидроксида цинка Zn(OH) 2 , титр которого 0,0720 г/мл?

Ответ: 112 мл.

133. Смешали 200 г 2%-ного раствора и 300 г 12%-ного раствора хлорида кальция CaCl 2 . Определите массовую долю СaCl 2 в полученном растворе.

134. Определите массу (г) сульфита натрия Na 2 SO 3 , необходимую для приготовления 0,4 л 0,6н раствора, предназначенного для изучения восстановительных свойств этого вещества в щелочной среде

(SO 3) 2– + 2OH – – 2e = (SO 4) 2– + H 2 O.

Ответ: 15,12 г.

135. Сколько граммов кристаллогидрата хлорида бария (BaCl 2 ·2H 2 O) надо взять для приготовления раствора объемом 0,5 л, в котором массовая доля BaCl 2 составляет 0,1 (10%-ный раствор)? Плотность раствора ρ = 1,090 г/см 3 .

Ответ: 63,92 г.

136. Вычислите молярную концентрацию эквивалентов соляной кислоты в 80 мл раствора, содержащего 3,6 г НСl, вступившей в реакцию по уравнению:

2HCl + Ca(OH) 2 = CaCl 2 + 2H 2 O.

Ответ: 1,2н HCl.

137. Вычислите массовую долю (%) Mn(NO 3) 2 в 0,57М растворе Mn(NO 3) 2 , если плотность этого раствора равна ρ = 1,060г/см 3 .

Ответ: 9,6 %.

138. Для проведения реакции Na 2 CO 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + CO 2 + H 2 O использовали раствор карбоната натрия (Na 2 CO 3), полученный при растворении 10,6 г соли в одном литре воды. Вычислите молярную концентрацию эквивалентов карбоната натрия в растворе.

Ответ: 0,2н Na 2 CO 3 .

139. Из 800 г 2%-ного раствора соляной кислоты HCl выпарили 300 г воды. Рассчитайте массовую долю (%) HCl в оставшемся после выпаривания растворе.

Ответ: 3,2%.

140. Рассчитайте массу K 2 CO 3 (г), необходимую для приготовления 100 мл 10%-ного раствора (ρ = 1,0904 г/см 3).

Молярная масса эквивалента окислителя или восстановителя зависит от числа принимающих или отдаваемых электронов в данной реакции и численно равна отношению молярной массы вещества M(Х) к числу принятых или отданных электронов (n):

Так, в кислой среде восстанавливается до Mn 2+ :

Поэтому молярная масса эквивалента KMnO 4 в этой реакции

В слабо-кислой, нейтральной и щелочной средах восстановление происходит до MnO 2:

И в этом случае

Кривые титрования

В рассматриваемом методе кривые титрования строят в координатах «потенциал окислительно-восстановительной системы – объем добавленного рабочего раствора (или степень оттитрованности)»

Рассчитаем кривую титрования 100,0 мл 0,1 н. FeSO 4 раствором 0,1 н. KMnO 4 (f экв = 1/5) в кислой среде при = 1,0 в соответствии с уравнением реакции .

После добавления первых капель перманганата калия в растворе образуется две окислительно-восстановительные пары: /Mn 2+ и Fe 3+ /Fe 2+ , потенциал каждой из которых можно вычислить по уравнению Нериста:

.

До точки эквивалентности потенциал целесообразно рассчитывать по второму из этих уравнений, а после точки эквивалентности – по первому. Количество вещества Fe 3+ до точки эквивалентности будет равно количеству вещества эквивалентов добавленного KMnO 4 .

Если к 100,0 мл FeSO 4 добавить 1,0 мл 0,1н. KMnO 4 (f экв = 1/5), то в результате реакции образуется эквивалентное количество вещества Fe 3+ , концентрация которого в растворе будет равна моль/л, а концентрация ионов Fe 2+ составит 0,099 моль/л. Тогда окислительно-восстановительный потенциал раствора: . Остальная часть кривой титрования до точки эквивалентности рассчитывается аналогично.

В точке эквивалентности концентрация вещества рассчитывается с помощью константы равновесия

.

Обозначим равновесную концентрацию в точке эквивалентности как x, тогда = 5x и концентрация остальных ионов составляет: = 0,1-5x = = 5(0,02-x) и = 0,02 – x, примем также, что = 1. Значение константы равновесия можно найти из величин стандартных потенциалов из уравнения и K = 10 62 .

При расчете получаем ,

следовательно, моль/л; моль/л.

Тогда В,

а В. Небольшое расхождение в величине E вполне объяснимо округлением при расчете равновесных концентраций.

После точки эквивалентности избыток KMnO 4 в 0,1 мл при разбавлении до 100,0 мл создает в растворе концентрацию перманганата , а концентрация = 0,02 моль/л останется практически без изменений такой же, какой она была в точке эквивалентности. Подстановка этих значений в уравнение для потенциала дает В, если перетитровать на 1мл, то потенциал будет равен 1,49 В и.т.д. Кривая титрования Fe 2+ перманганатом калия представлена на рис. 8.1.

Рис. 8.1. Кривая титрования 100,0 мл 0,1 н. FeSO 4 0,1 н. раствором KMnO 4

(f экв = 1/5) при = 1,0

В области точки эквивалентности при переходе от раствора, недотитрованного на 0,1 %, потенциал изменяется больше, чем на 0,5 В. Резкий скачок потенциала позволяет использовать для обнаружения точки эквивалентности непосредственно потенциометрические измерения или окислительно-восстановительные (редокс) индикаторы, окраска которых изменяется при изменении потенциала.

Индикаторы

В титриметрических окислительно-восстановительных методах используют индикаторы двух типов. Индикаторы первого типа образуют окрашенные соединения с определяемым веществом или титрантом, вступая с ними в специфическую реакцию. Например, при различных иодометрических определениях, когда в качестве титранта используют раствор иода, точку эквивалентности определяют по появлению синей окраски иодкрахмала или по ее исчезновению при титровании иода восстановителем. Тиоцианат-ион дает с Fe 3+ соединение, окрашенное в красный цвет, при восстановлении же Fe 3+ до Fe 2+ происходит обесцвечивание.

Индикаторами второго типа является редокс-индикаторы – вещества, которые изменяют свою окраску в зависимости от окислительно-восстановительного потенциала системы. В растворе редокс-индикатора существует равновесие между окисленной и восстановленной формами, имеющими разную окраску, которое сдвигается при изменении потенциала:

Потенциал индикаторной системы можно рассчитать по уравнению Нернста: .

Принимая во внимание, что изменение цвета раствора замечается на глаз, если концентрация одной из окрашенных форм в 10 раз и более превышает концентрацию другой формы, получаем интервал перехода.

где E 0 ox , E 0 red – стандартные электродные потенциалы редокс пары,

n – число электронов, участвующих в процессе.

Если lg K = 1 –равновесие

Если lg K > 1 – равновесие смещается в сторону продуктов реакции

Если lg K < 1 – равновесие смещается в сторону исходных веществ.

Классификация методов ОВТ

Способы фиксирования точки эквивалентности в методах окислительно-восстановительного титрования

Индикаторный	Безиндикаторный
Специфические индикаторы	Редокс-индикаторы	Проводят при работе с окрашенными титрантами, которые окисляясь или восстанавливаясь, обесцвечиваются
Образуют окрашенные соединения с определяемым веществом или титрантом. Точку эквивалентности фиксируют по исчезновению или появлению окраски. (крахмал в йодометрии)	Вещества, изменяющие окраску в зависимости от потенциала системы Фенилантраниловая кислота, дифенилбензидин, ферроин, дифениламин и др.	Перманганатометрия (конец титрования определяют по неисчезающему бледно-малиновому окрашиванию раствора от одной избыточной капли добавленного титранта)

Перманганатометрия

Рабочий раствор: KMnO 4 .

Титрованный раствор перманганата калия по тонной навеске препарата приготовить нельзя, т.к. он содержит ряд примесей, концентрация раствора изменяется из-за взаимодействия с органическими примесями в дистил. воде. Также вода обладает окислительно-восстановительными свойствами и может восстанавливать KMnO 4 . Данная реакция идет медленно, но солнечный свет ее катализирует, поэтому приготовленный раствор хранят в темной склянке. Готовят раствор приблизительно требуемой концентрации, затем его стандартизируют по первичному стандарту (Na 2 C 2 O 4 – оксалат натрия, гидрат оксалата аммония (NH 4) 2 C 2 O 4 ×H 2 O или дигидрат щавелевой кислоты Н 2 C 2 O 4 ×2H 2 O, оксиду мышьяка As 2 O 3 или металлическому железу).

Точку эквивалентности фиксируют по бледно-розовому окрашиванию раствора от одной избыточной капли титранта (без индикаторный метод).

Реакция перманганата калия с восстановителями в кислой среде протекает по схеме:

В анализе некоторых органических соединений используют восстановление в сильнощелочной среде по уравнению:

MnO 4 - + e ® MnO 4 2-

Перманганатометрически определяют восстановители методом прямого титрования, окислители – методом обратного титрования и некоторые вещества – титрованием по замещению.

Дихроматометрия

Рабочий раствор: K 2 Cr 2 O 7 .

Титрованный раствор можно приготовить по тонной навеске, поскольку кристаллический K 2 Cr 2 O 7 удовлетворяет всем требованиям первичного стандарта. Раствор бихромата калия устойчив при хранении, титр раствора остается неизменным длительное время

Основной реакцией метода бихроматометрии является реакция окисления бихроматом калия в

кислой среде:

Точку эквивалентности фиксируют, используя редокс-индикаторы (дифенил амин и его производные).

Бихроматометрический метод используют для определения восстановителей – прямое титрование (Fe 2+ , U 4+ ,Sb 3+ ,Sn 2+), окислителей-обратное титрование (Cr 3+), а также некоторые органические соединения (метанол, глицерин).

Барнаул 1998

,

Эквивалент:

Учебно-методическое пособие по неорганической химии

Давление насыщенных паров воды взять из таблицы 1

Затем осторожным постукиванием колбы переместите металл в кислоту. По окончании реакции дайте колбе охладиться 5...6 мин. и проведите замеры объема всего водяного столба в цилиндре и от поверхности воды в кристаллизаторе.

Экспериментальные данные запишите в таблицу 1.

Таблица 1 - Экспериментальные данные по определению эквивалента металла

Измеряемые величины	Единицы измерения	Условные обозначе-ния	Данные экспери-мента
Навеска металла
Температура опыта
Давление насыщенных паров
Атмосферное давление
Объём столба воды в цилиндре до опыта
Объём столба воды в цилиндре после опыта
Высота водяного столба от поверхности воды в кристаллизаторе

2.2 Расчет эквивалента металла

где 9,8 – коэффициент пересчета для перевода мм вод. ст. в паскали (Па).

По закону эквивалентов (25) найдем молярную массу эквивалента металла:

https://pandia.ru/text/78/299/images/image048_15.gif" width="43" height="27 src=">–эквивалентный объем водорода при н. у., мл;

m(Me) –масса металла, г; https://pandia.ru/text/78/299/images/image050_14.gif" width="63" height="23">–молярная масса эквивалента металла.

Зная молярную массу эквивалента металла и молярную массу атома металла, найдите фактор эквивалентности и эквивалент металла (см. раздел 1.2).

2.3 Правила работы в лаборатории

1. Опыты всегда проводить в чистой посуде.

2. Не следует путать пробки от разных склянок. Чтобы внутренняя сторона пробки оставалась чистой, пробку кладут на стол внешней поверхностью.

3. Нельзя уносить реактивы общего пользования на свое рабочее место.

4. После опытов остатки металлов в раковину не выбрасывать, а собрать в отдельную посуду.

5. Битую посуду, обрывки бумаги, спички выбрасывают в урну.

1. Не включайте без разрешения преподавателя рубильники и электрические приборы.

2. Не загромождайте свое рабочее место лишними предметами.

3. Нельзя пробовать вещества на вкус.

4. При приливании реактивов нельзя наклоняться над отверстием сосуда во избежание попадания брызг на лицо и одежду.

5. Нельзя наклоняться над нагретой жидкостью, так как ее может выбросить.

6. В случае пожара немедленно выключите все электронагревательные приборы. Горящие жидкости прикройте асбестом, засыпьте песком, но не заливайте водой. Загоревшийся фосфор гасите мокрым песком или водой. При воспламенении щелочных металлов гасите пламя только сухим песком, но не водой.

1. При ранении стеклом удалите осколки из раны, смажьте края раны раствором йода и перевяжите бинтом.

2. При химическом ожоге рук или лица смойте реактив большим количеством воды, затем либо разбавленной уксусной кислотой в случае ожога щелочью, либо раствором соды в случаи ожога кислотой, а затем опять водой.

3. При ожоге горячей жидкостью или горячим предметом обоженное место обработайте свежеприготовленным раствором перманганата калия, смажьте обожженное место мазью от ожога или вазелином . Можно присыпать ожог содой и забинтовать.

4. При химических ожогах глаз обильно промойте глаза водой, используя глазную ванночку, а затем обратитесь к врачу.

3 задачи для домашних заданий

Найдите эквиваленты и их молярные массы для исходных веществ в реакциях:

1. Al2O2+3H2SO4=Al(SO4)3+3H2O;

2. Al(OH)3+3H2SO4=Al(HSO4)3+3H2O;