Инструкционно -технологическая карта по выполнению практической работы №5

Тема: Количественный анализ

Наименование работы: Расчёты титров и молярной концентрации эквивалента, молярной массы эквивалента окислителей, восстановителей

Цель работы: научиться рассчитывать число эквивалентности, молярную концентрацию и молярную массу эквивалентов анализируемых веществ, титр раствора, научиться решать задачи на расчет массы, молярной концентрации и молярной массы эквивалентов анализируемых веществ, титр раствора.

Приобретаемые знания и умения: уметь рассчитывать молярные массы эквивалентов веществ, применять теоретические знания в практических расчетах, знать основные формулы, применяемые в титриметрическом анализе.

Оснащение рабочего места: ИТК, учебники по «Аналитической химии», калькулятор, периодическая таблица Д.И. Менделеева.

Контрольные вопросы:

1. Титр – это ____ _____________________ ________________________________________________________________________________________

2. Является ли молярная масса эквивалентов веществ величиной постоянной? __________________________________________________________

3. Вычислить число эквивалентности для NaH₂SbO₄ _________________________________________________________________________________

4. Определите молярную массу эквивалентов для соединения Mg₃(PO₄)₂

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Теоретическая часть

Эквивалент вещества – реальная или условная частица вещества, которая в данной реакции реагирует с одним атомом или ионом водорода, или одним электроном.

Фактор эквивалентности  - доля реальной частицы вещества, которая эквивалентна одному иону водорода в обменных реакциях или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях.

z – небольшое целое число, равное числу эквивалентов вещества, содержащихся в 1 моль этого вещества.

Для КИСЛОТ - в еличина z фактора эквивалентности кислот определяется числом атомов водорода, которые могут быть замещены в молекуле кислоты на атомы металла.

Пример 1. Определить факторы эквивалентности для кислот: а) НСl, б) Н₂SO₄, в) Н₃РО₄; г) Н₄[Fe(CN)₆].

Решение.

а) z (НСl) = 1, фактор эквивалентности – 1; б) z (Н₂SO₄) = 2, фактор эквивалентности - ; в) z (Н₃РО₄) = 3, фактор эквивалентности - ;

г) z (Н₄[Fe(CN)₆]) = 4, фактор эквивалентности - .

В случае многоосновных кислот фактор эквивалентности зависит от конкретной реакции: а) H₂SO₄ + 2KOH → K₂SO₄ + 2H₂O.

в этой реакции в молекуле серной кислоты замещается два атома водорода, следовательно, z =2, фактор эквивалентности - .

б) Н₂SO₄ + KOH → KHSO₄ + H₂O. В этом случае в молекуле серной кислоты замещается один атом водорода, z = 1, фактор эквивалентности – 1.

Для фосфорной кислоты, в зависимости от реакции, значения факторов эквивалентности могут быть: 1, , .

Для ОСНОВАНИЙ - величина z основания определяется числом гидроксидных групп, которые могут быть замещены на кислотный остаток.

Пример 2. Определить факторы эквивалентности оснований: а) КОН; б) Cu(OH)₂; в) La(OH)₃.

Решение.

а) z (КОН) = 1, фактор эквивалентности – 1; б) z (Cu(OH)₂) = 2, фактор эквивалентности – ; в) z (La(OH)₃) = 3, фактор эквивалентности – .

Фактор эквивалентности многокислотных оснований может изменяться в зависимости от количества замещенных групп (также как и у кислот). Например, для гидроксида меди возможны значения фактора эквивалентности – 1, , а для гидроксида лантана возможны значения фактора эквивалентности – 1, , .

Для СОЛЕЙ - з начения факторов эквивалентности солей определяются по катиону. Величина z в случае солей равна q·n, где q – заряд катиона металла, n – число катионов в формуле соли.

Пример 3. Определить фактор эквивалентности солей: а) KNO₃; б) Na₃PO₄; в) Cr₂(SO₄)₃; г) Al(NO₃)₃.

Решение.

а) z (KNO₃) = q (K) · n (K) = 1·1 = 1, фактор эквивалентности – 1; б) z (Na₃PO₄) = q (Na) · n (Na) = 1 · 3 = 3, фактор эквивалентности – ; в) z (Cr₂(SO₄)₃) = q (Cr) · n (Cr) =   3·2 = 6, фактор эквивалентности – ; г) z (Al(NO₃)₃) = q (Al) · n (Al) = 3·1 = 3, фактор эквивалентности – .

Значение факторов эквивалентности для солей зависит также и от реакции, аналогично зависимости его для кислот и оснований.

Молярной массой эквивалента вещества (М_Э ) называют массу одного моль - эквивалента этого вещества, равную произведению фактора эквивалентности на молярную массу вещества (М). Например. М_Э(H₂SO₄) =f(H₂SO₄ )×M(H₂SO₄ )=1/2×98 =49г/моль-экв; М_Э(H₂SO₄) - молярная масса эквивалента серной кислоты.

  Молярная концентрация эквивалента вычисляется по формуле: С_Н = m×1000/ M_Э· V

  Взаимосвязь между молярной концентрацией и молярной концентрацией эквивалента отражена в следующей формуле: С_М =f×C_Н

Количество вещества эквивалентов n [(1/ z) x ] равно произведению числа эквивалентности z на количество вещества n (x).

n[(1/z)x] = z*n(x), моль

Например, n(Н₂SO₄) = 2*0,8 = 1,6 моль

Закон эквивалентов: количества вещества эквивалентов всех участвующих в реакции веществ равны, т. е.     ν_экв(X) = ν_экв(Y)(1)

 а так как

то з акон эквивалентов можно записать следующими формулами:    С_Н(Х)∙ V(Х) = С_Н(Y) ∙V(Y)(2)

или                                                       m(X)        m(Y)

                                                     ------------  = -------------- (3)  

                                                       M(1/zX)             M(1/zY)

 (возможны комбинации между формулами 1, 2, 3)

Пример 4.  Какова масса , если на его растворение идет 35,0 мл 0,16М раствора H₂SO₄?

Решение.

                           

По закону эквивалентов:

(1)   

(2)      Для

(3)

      z (Al(OH)₃ ) = 3; М(Al(OH)₃ ) = 78 г/моль

                основание

Для  известны C и V р-ра, для нахождения количества эквивалентов (ν_экв) применяем следующую формулу:

                    

Т.к. H₂SO₄ двухосновная кислота, то

    

    По (1):

    Из (2):

  Ответ: m(Al((OH)₃) = 0,2912г.

Молярная концентрация эквивалента растворенного вещества, или нормальная концентрация, или нормальность, С _экв - число молей эквивалентов растворенного вещества n _экв в 1 л раствора, моль экв/л, или, сокращенно, н.:

                                              С _экв= n _экв/ V = = ,                                         (5)

где М _экв – молярная масса эквивалента растворенного вещества (г/моль экв); z _экв – число эквивалентности растворенного вещества; V - объем раствора (л); m –масса растворенного вещества (г); М – молярная масса растворенного вещества (г/моль).

Титр раствора Т(х) – это масса растворенного вещества (г, мг), содержащегося в 1 см³ раствора, единица измерения г/см³.

Пример 5. Определить титр раствора в 100мл которого содержится 2г едкого натра.

Решение.

Титр раствора показывает массу (г) растворенного вещества m(в-ва), содержащегося в 1мл раствора V(р-ра):

T = m(в-ва) / V(р-ра).

Титр этого раствора равен: Т = 2г / 100мл = 0,02г /мл.

                                                           Ответ: Т(NaOH) = 0,02 г/мл

Выполнение работы

Решите самостоятельно следующие задания.

Задание 1. Определить эквивалент  и молярную массу эквивалента следующих соединений:

а) кислот: уксусной, азотной, сероводородной

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

б) солей: хлорида кальция, нитрата натрия, фосфата алюминия

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

в) гидроксидов: гидроксида натрия, гидроксида бария, гидроксида железа (III)

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание 2. Вычислить какая масса нитрата серебра содержится в растворе, если на его титрование израсходована соляная кислота, в которой содержится количество вещества эквивалентов n(¹/₁НСl) 1,6 моль.

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание 3. В 13,5 см³раствора содержится 3,5 г сульфата натрия. Вычислить молярную концентрацию эквивалентов этого раствора.

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Задание 4. Вычислить титр раствора, если в 25 см³ содержится 0,5 г гидроксида натрия (решите 2-мя способами через пропорцию и при помощи формулы).

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Задание 6.   Расчет молярной массы эквивалента окислителей, восстановителей. Вычисление результатов анализа с использованием прямого, обратного титрования и титрования по методу замещения.

 

Пример 1. Сколько граммов серной кислоты содержится в 25 мл раствора, если на 24,17 мл гидроксида натрия, имеющего титр 0,004085 г/мл.

 

Дано:                                                            Решение:

V(H₂SO₄) = 25 мл                         1. Вычислим нормальную концентрацию раствора NaOH

V(NaOH) = 24,17 мл               Сн (NaOH) = Т*1000/Мэ(NaOH) = 0,004085*1000/40 = 0,1021 моль/л

Т(NaOH) = 0,004085 г/мл       2. Определяем нормальность раствора H₂SO₄: V(NaOH)/V(H₂SO₄) = N(H₂SO₄)/ N(NaOH)

m (H₂SO₄) =?                                N (H₂SO₄) = N(NaOH)* V(NaOH)/V(H₂SO₄) = 0,1021*24,17/25 = 0,09873 моль/л    

Мэ (NaOH) = 40/1=40г/моль   3. Рассчитываем Т серной кислоты:

Мэ (H₂SO₄) = 98/2=49 г/моль                     Т(H₂SO₄) = N(H₂SO₄)*Мэ (H₂SO₄)/1000 = 0,09873*49/1000 = 0,004838 г/мл

                                                   4. Определяем массу серной кислоты:

                                                                  m(H₂SO₄) = T * V(р-ра) = 0,004838 * 25 = 0,1209 г.

     Ответ: m(H₂SO₄) =  0,1209 г

Пример 2. Рассчитать навеску Н₂С₂O₄ × 2H₂O, необходимую для приготовления 200 см³ 0,1 н раствора.

Решение. Используя формулу (1), получим:

                                             (г)                                                

 г/моль экв.                                                                                              

Ответ: m = 1,26 г

Пример 3. Навеску кристаллогидрата оксалата аммония массой 0,32 г растворили в произвольном объеме воды, оттитровали раствором перманганата калия, затратив 10,26 мл. Рассчитать нормальную концентрацию и титр раствора перманганата калия.

Дано:                                                            Решение:

m((NH₄)₂C₂O₄*H₂O) = 0,32 г                         1. Вычислим нормальную концентрацию раствора KMnO₄ исходя из закона эквивалентов

V(KMnO₄) = 10,26 мл               m((NH₄)₂C₂O₄*H₂O) /Мэ = Сн * V(KMnO₄)/1000; 0,32/71 = Сн * 10,26/1000; Сн = 32*1000/(71*10,26) = 0,44 г/моль

Т(KMnO₄) =? г/мл                        2. Рассчитываем Т (KMnO₄):

Сн (KMnO₄) =?                                Т(KMnO₄) = Сн(KMnO₄)*Мэ (KMnO₄)/1000 = 0,44*31,6/1000 = 0,014 г/мл  

Мэ ((NH₄)₂C₂O₄*H₂O) = 142/2=71 г/моль       

Мэ (KMnO₄) = 158/5=31,6 г/моль                                                                                                           Ответ: Сн = 0,44 г/моль; Т(KMnO₄) = 0,014 г/мл

Задание: Решите самостоятельно

1. Сколько граммов перманганата калия следует взять для приготовления 500 мл 0,1 н раствора

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

2. Сколько граммов перманганата калия следует взять для приготовления 700 мл 0,005 н раствора

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. В мерной колбе на 500 мл растворена серная кислота. На титрование 25 мл полученного раствора расходуется 26,20 мл раствора гидроксида натрия (Т=0,003610). Сколько грамм серной кислоты введено в колбу?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

4. Навеску щавелевой кислоты H₂C₂O₄*2H₂O в 0,1518 г растворили в произвольном количестве воды и оттитровали, израсходовав 24,056 мл раствора перманганата калия. Рассчитать нормальную концентрацию и титр раствора перманганата калия.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Вывод по работе:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________