Г. Кристиан - Аналитическая химия, том 1 (1108737), страница 49
Текст из файла (страница 49)
Поэтому один моль НтЯО4 равен двум молям эквивалентов Н БО4 (а сам эквивалент в этом случае представляет собой воображаемую частицу «-' Н БО4»). Число молей эквивалентов можно рассчитать из 2 числа молей вещества следующим образом: Понятия «эквивалент» и «нормальность», ранее применявшиеся широко, сейчас используются для расчетов не столь часто, как понятие «молярность». Если ваш преподаватель предложит вам изучить этот раздел, сделайте это; в противном случае можете его пропустить. — Прим. автора. Столь резкое противопоставление понятий «нормальность» и «молярность» представляется спорным. Автор прав в том, что термин «нормальность», как и символ )4 лла ее выражения, в настоящее время действительно употребляются редко и не рекомендованы к использованию. Однако само лоняьчие, которое автор этим термином обозначает, есть лишь частный случай мольной концентрации, а именно — мольиая концентрация эквивалентов вещества («эквивалентная концентрация»).
например, если, эквивалент кмп04 составляет-,' КМл04, то такие обозначения, как 0 05000 моль экв Iл КМл04 или 0 05000 М вЂ”,' КМп04 (вместо действительно устаревшего 0,05000 )Ч КМп04) вполне правомерны и широко распространены и в современной литературе. Именно такие обозначения использованы в переводе. — Прин.
иере«. В современной трактовке «эквивалент» есть «условная частица, в целое число раз меньшая (или равная) соответствующей ей формульной единицы — атома, молекулы, иона, радикала и др.» [Б.Д. Степин. Химическая энциклопедия. Т, 5. С. 405. Мз БРЭ, 1998]. Автор же придерживается устаревшей трактовки, понимая под эквивалентом моль таких частиц. В переводе понятие «эквивалент» н все, что с ним связано, изложено с современной точки зрения. — Прим. иере«.
Б.б. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НОРМАЛЬНОСТЕЙ вЂ” ДРУГОЙ СПОСОБ ВЫЧИСЛЕНИЙ В ТИТРИМЕТРИИ 261 Число миллимолей эквивалентов = Число миллимолей вещества х х Число «реагирующих единиц», приходящихся на одну молекулу Число «реагирующих единиц» зависит от природы реакции и для одного и того же вещества может быль различным. Особенно часто это наблюдается в окислительно-восстановительных реакциях. Что такое «эквивалентная масса»? Эквивалентная масса — это сокращенное название молярной массы эквивалента, т. е.
масса 1в граммах) такого количества вещества, которое взаимодействует с одним молем «реагирующих единиц». Так, для НС! эквивалентная масса М, равна молярной массе М. В то же время для НзЯО„количество вещества, содержащее один моль протонов, равно половине моля, поэтому эквивалентная масса Нз804 составляет половину молярной массы: Мнс1 (г/моль) Экв. масса НС1 = 1 (моль экв.,/моль) Мн зо (г/моль) Экв. масса Нз804 = 2 (моль э«в~'моль) Пример 5.30 Рассчитайте эквивалентные массы следующих веществ: а) ХНз, б) НзСз04 (применительно к реакции с ХаОН), в) КМп04 (применительно к реакции восстановления Мп(У11) до Мпз+). Решение е) Одна частица ЯН представляет собой один эквивалент ХН . Поэтому Мнн (г/моль) 1703 Экв. масса ТЧНз = — — = 17,03 г!моль экв.
1 1 б) Одна частица Н С 04 содержит два эквивалента, Ми с,о (г/моль) 9004 Экв. масса НзСз04 = = 45,02 г!моль экв. 2 2 в) В ходе указанной реакции атом Мп изменяет свою степень окисления с +7 до -ь2, присоединяя пять электронов: Мп04 + 8Н++ 5е = Мп~++4НзО Поэтому Мкмпо4 (г!моль) 158,04 Экв.
масса КМп04— — — 31,608 г!моль экв. 5 5 СТЕХИОМЕТРИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ вЂ” ОСНОВНОЙ РАБОЧИЙ ИНСТРУМЕНТ АНАЛИТИКА Подобно тому, как число молей вещества можно рассчитать делением его массы (г) на молярную массу (гlмоль), можно рассчитать и число молей эквивалентов путем деления массы вещества на его эквивалентную массу: (5.31) Нормальность (эквивалентная концентрация) равна частному от деления числа молей эквивалентов на объем раствора: (5.32) где М,„, — молярная масса эквивалента. Пример 5.31 Рассчитайте эквивалентную концентрацию растворов следующего состава: а) )Ча СО 5,300 г/л (применительно к реакции взаимодействия СОз с двумя протонами); б) 5,267 г/л КзСгзОТ (применительно к реакции восстановления хрома до Сгз+).
Решение а) Поскольку СО взаимодействует с 2Н' (с образованием Н СО,), то с = ' = 0,1000 моль экв./л (0,1000 Х) 5,300 г/л (1 05,99/2) г/моль экв. б) Каждый атом Сг(Ч1) восстанавливается до Сг(1П), поэтому одна частица КзСгзО взаимодействует с шестью электронами: СгзО~~ + 14Н'+ бе- = 2Сгз++ 7НзО с = ' = 0,1074 моль экв./л (0,1074 Х) 5,267 г/л (294,19/6) г/моль экв. 5.6.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НОРМАЛЬНОСТЕЙ вЂ” ДРУГОЙ СПОСОБ ВЫЧИСЛЕНИЙ В ТИТРИМЕТРИИ 263 Для нахождения числа молей эквивалентов не всегда необходимо в явном виде рассчитывать молярную массу эквивалента. Можно просто использовать стехиометрический фактор т для перевода числа молей вещества в число молей эквивалентов. Стехиометрический фактор равен числу эквивалентов, составляющих одну частицу вещества. Число молей эквивалентов = Число молей вещества т Эквивалентная концентрация (моль эквйл, Х) = = Малярная концентрация (моль/л, М) т Эквивалентная масса (г!моль зкв.) = Малярная масса (г!моль) Т т Для окислительно-восстановительных реакций в ходе расчетов, связанных с эквивалентами, нельзя просто полагаться на величину изменения степени окисления элемента.
Необходимо использовать стехиометрическое уравнение полуреакцин. Например, когда дихромат-ион восстанавливается до Сгз', уравнение полуреакции имеет вид СгзО + 14Н++ бе — 2Сгз" + 7НзО Отсюда т = б (шесть электронов, приходящихся на одну частицу Сгфз ). Поэтому эквивалентная концентрация 0,1 М раствора КзСгз07 составляет 0,6 моль эквйл (0,6 Х). Преимущество выражения концентраций посредством нормальности, а количества вещества — при помощи эквивалентов состоит в том, что один моль эквивалентов вещества А всегда взаимодействует с одним молем эквивалентов вещества В. Так, один моль эквивалентов ХаОН ( = 1 моль 1ЧаОН) взаимодействует как с одним молем эквивалентов НС1 ( = 1 моль НС1), так и с одним молем эквивалентов НзЯО4 (= -', моль НзБО4). Поэтому можно рассчитывать массу анапита непосредственно из числа молей эквивалентов титранта, так как оно равно числу молей эквивалентов аналита.
Все вычисления с использованием эквивалентных концентраций (нормальностей) выполняются точно так же, как вычисления с использованием молярностей для реакций, протекающих в мольном соотношении 1: 1. Следует подчеркнуть, что число молей эквивалентов и величина эквивалентной концентрации зависят от природы конкретной реакции.
Например, ХагСОз может взаимодействовать как с одним протоном (СО~ + Н' -ь НСО, ), так и с двумяпротонами(СОз +2Н -+НзСО ).ВпервомслучаеодномуионуСОз соответствует одна «реагирующая единица», во втором — две. Поэтому использование величин эквивалентных концентраций, количества молей эквивалентов и эквивалентной массы связано с определенной опасностью: все эти величины имеют смысл только применительно к конкретной реакции, и эта реакция должна быть явно указана. Например, если концентрация раствора КМп04 записана просто как 0,1000 Х без указания, что за реакция имеется в виду, то это может Сейчас чиле используют обратную величинуу ь Пт, назьтмиую фактором эквивалентности. — Прим.
перев СТЕКИОМЕТРИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ вЂ” ОСНОВНОЙ РАБОЧИЙ ИНСТРУМЕНТ АНАЛИТИКА быть как реакция восстановления перманганат-иона до Мпз (обычно протекающая в кислой среде), так и реакция восстановления до МпО (в нейтральной среде). В первом случае число «реагирующих единиц» (электронов), приходящихся на один перманганат-ион, равно пяти, во втором — трем. Если же указана мольная концентрация вещества (молярность), то это величина однозначная. Раствор 1 М КМп04 может быть 5 Х или 3 Х раствором в засисимости от того, в какой реакции он используется. Итак, запомните, что число «реагирующих единиц», а следовательно, и число эквивалентов, приходящихся на одну частицу вещества, зависит от того, в какой реакции это вещество участвует.
Однако в любом случае для аналита А и титранта Т в точке эквивалентности: (5.33) (5.34) (5.35) (5.36) Эквивалентную массу А рассчитывают точно так же, как и эквивалентную массу Т, т. е, с использованием числа «реагирующих единиц», взаимодействующих с одной молекулой А либо отщепляемых ею. Общее выражение для расчета массовой доли определяемого компонента в пробе с использованием эквивалентных концентраций имеет вид, аналогичный уравнению (5,22): с д~ «(ммоль экв~ мл, Х) 1 (мл) 1 М (мг/ммоль экв.) титрвнта титРзнтВ э«В Внзлитз ' 1 ОцО» „(,4)— ~»рабы (мг) (5.37) Единица в этом выражении означает отношение числа миллимолей эквивалентов А к числу миллимолей эквивалентов Т.
Оно всегда равно единице. Пример 5.32 Пробу массой 0,4671 г, содержащую бикарбонат натрия (основание, присоединяющее один протон), растворили и оттитровали 40,72 мл стандартного раствора соляной кислоты. Соляную кислоту стандартизовали титрованием навески 0,1876 г карбоиата натрия; на титрование израсходовано 37,86 мл кислоты 5.5. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НОРМАЛЬНОСТЕЙ вЂ” ДРУГОЙ СПОСОБ ВЫЧИСЛЕНИЙ В ТИТРИМЕТРИИ (уравнение реакции см. в примере 5.18). Рассчитайте массовую долю (%) бикарбоната натрия в пробе. Решение ХазСОз — основание, в ходе титрования присоединяющее два протона.
Поэтому л, н, со (ммоль экв.) иио со (мг)/(Мн, .„(мг/ммоль),/21 с, нш (ммоль экв./л) 1нс1 (мл) Т нс1 (мл) 187,6 мг ХазСОз/(105,99/2 мг/ммоль экв ) — 0,09350 ммоль экв./мл 37,86 мл НС1 нс1 '1нс1 '(Мн нсо,/Ц ~н нсо 3 100% = з пробы 0,09340ммольэкв./млНС! 40,72млНС! 84,01/1мг/ммоль экв. ХаНСО 3,19)о 476,1 мг пробы = 67,18%. Еще раз повторим, что один моль эквивалентов любого вещества всегда взаимодействует с одним молем эквивалентов другого вещества: и, (А) =и, (В) (5.38) Отсюда следует соотношение, позволяющее рассчитать соотношение объемов растворов реагирующих веществ: с, (ммоль экв./мл, Х) Т' (мл) = с,„, „(ммоль экв./мл, Х) 1' (мл) (5.39) Пример 5.33 Сколько миллилитров 0,25 М раствора Нз80 необходимо для реакции с 10 мл 0,25 М раствора ХаОН? Решение Поскольку одна частица Н 804 содержит две <<реагирующие единицы», то эквивалентная концентрация раствора Нз804 вдвое выше, чем молярная: 2ХаОН + Нз804 -+ Хаз804+ 2НзО с, н~о = 2 моль экв./моль .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
