Ekvivalentno kmno4 u kiseloj sredini. Ekvivalent, faktor ekvivalencije, molarna koncentracija ekvivalenata. Proračun metalnog ekvivalenta

Molarna masa ekvivalenta oksidacijskog ili redukcijskog agensa ovisi o broju elektrona prihvaćenih ili doniranih u datoj reakciji i numerički je jednaka omjeru molarne mase tvari M(X) prema broju prihvaćenih elektrona ili odustao (n):

Tako se u kiseloj sredini redukuje na Mn 2+:

Dakle, molarna masa ekvivalenta KMnO 4 u ovoj reakciji je

U blago kiselim, neutralnim i alkalnim sredinama dolazi do redukcije na MnO 2:

I u ovom slučaju

Titracione krive

U metodi koja se razmatra, titracione krive su ucrtane u koordinatama “potencijal redoks sistema – zapremina dodanog radnog rastvora (ili stepen titracije)”

Izračunajmo krivulju titracije za 100,0 ml 0,1 N. Rastvor FeSO 4 0,1 N. KMnO 4 (f eq = 1/5) u kiseloj sredini na = 1,0 u skladu sa jednačinom reakcije.

Nakon dodavanja prvih kapi kalijum permanganata, u otopini se formiraju dva redoks para: /Mn 2+ i Fe 3+ /Fe 2+, od kojih se potencijal svakog može izračunati pomoću Neristove jednadžbe:

.

Prije tačke ekvivalencije, poželjno je izračunati potencijal pomoću druge od ovih jednačina, a nakon točke ekvivalencije koristeći prvu. Količina Fe 3+ supstance do tačke ekvivalencije biće jednaka količini supstance koja je ekvivalentna dodanom KMnO 4 .

Ako dodate 1,0 ml 0,1 N u 100,0 ml FeSO 4 KMnO 4 (f eq = 1/5), tada se kao rezultat reakcije formira ekvivalentna količina supstance Fe 3+, čija će koncentracija u otopini biti jednaka mol/l, a koncentracija Fe 2+ jona će biti 0,099 mol/l. Tada je redoks potencijal otopine: . Ostatak titracione krive do tačke ekvivalencije izračunava se na isti način.

U tački ekvivalencije, koncentracija tvari se izračunava korištenjem konstante ravnoteže

.

Označimo ravnotežnu koncentraciju u tački ekvivalencije sa x, tada je = 5x, a koncentracija preostalih jona je: = 0,1-5x = = 5(0,02-x) i = 0,02 – x, također pretpostavljamo da je = 1. Vrijednost konstanti ravnoteže može se naći iz vrijednosti standardnih potencijala iz jednačine i K = 10 62.

Prilikom računanja dobijamo ,

dakle, mol/l; mol/l.

Onda IN,

a B. Mala razlika u vrijednosti E je sasvim objašnjiva zaokruživanjem prilikom izračunavanja ravnotežnih koncentracija.

Nakon točke ekvivalencije, višak KMnO 4 u 0,1 ml kada se razrijedi na 100,0 ml stvara koncentraciju permanganata u otopini , a koncentracija = 0,02 mol/l ostat će praktično nepromijenjena kao što je bila u tački ekvivalencije. Zamjena ovih vrijednosti u potencijalnu jednačinu daje B, ako titrirate za 1 ml, tada će potencijal biti jednak 1,49 V, itd. Kriva titracije Fe 2+ sa kalijum permanganatom prikazana je na Sl. 8.1.

Rice. 8.1. Kriva titracije 100,0 ml 0,1 N. FeSO 4 0,1 n. KMnO 4 rastvor

(f eq = 1/5) na = 1,0

U području tačke ekvivalencije, kada se prelazi iz otopine koja je nedovoljno titrirana za 0,1%, potencijal se mijenja za više od 0,5 V. Oštar skok potencijala omogućava korištenje direktnih potenciometrijskih mjerenja ili redoks indikatora čija se boja mijenja kada se potencijal promeni.

Indikatori

U titrimetrijskim redoks metodama koriste se dvije vrste indikatora. Indikatori prvi tip formiraju obojene spojeve s analitom ili titrantom, ulazeći s njima u specifičnu reakciju. Na primjer, u raznim jodometrijskim određivanjima, kada se otopina joda koristi kao titrant, točka ekvivalencije se određuje pojavom plave boje škrobnog jodida ili njegovim nestankom pri titriranju joda redukcijskim sredstvom. Tiocijanatni ion daje crveno obojeno jedinjenje sa Fe 3+, ali kada se Fe 3+ reducira u Fe 2+, dolazi do promjene boje.

Indikatori drugog tipa su redoks indikatori - supstance koje menjaju boju u zavisnosti od redoks potencijala sistema. U rastvoru redoks indikatora postoji ravnoteža između oksidisanog i redukovanog oblika, koji imaju različite boje, koja se pomera kada se potencijal promeni:

Potencijal indikatorskog sistema može se izračunati pomoću Nernstove jednačine: .

Uzimajući u obzir da je promjena boje otopine vidljiva na oko ako je koncentracija jednog od obojenih oblika 10 puta ili više veća od koncentracije drugog oblika, dobivamo prijelazni interval.

gdje su E 0 ox , E 0 red standardni elektrodni potencijali redoks para,

n je broj elektrona koji učestvuju u procesu.

Ako je log K = 1 – ravnoteža

Ako je log K > 1 – ravnoteža se pomiče prema produktima reakcije

Ako log K< 1 – равновесие смещается в сторону исходных веществ.

Klasifikacija OHT metoda

Metode fiksiranja tačke ekvivalencije u metodama redoks titracije

Indikator	Bez indikatora
Specifični indikatori	Redox indikatori	Izvršite kada radite sa obojenim titrantima koji postaju bezbojni kada se oksidiraju ili redukuju
Oni formiraju obojena jedinjenja sa analitom ili titrantom. Ekvivalentna tačka je određena nestankom ili pojavom boje. (skrob u jodometriji)	Supstance koje mijenjaju boju u zavisnosti od potencijala sistema Fenilantranilna kiselina, difenilbenzidin, feroin, difenilamin itd.	Permanganatometrija (završetak titracije je određen blidocrvenom bojom otopine koja ne nestaje iz jedne kapi viška dodanog titranta)

Permanganatometrija

Radno rješenje: KMnO 4 .

Titrirani rastvor kalijum permanganata ne može se pripremiti korišćenjem tona uzorka leka, jer sadrži brojne nečistoće, koncentracija otopine se mijenja zbog interakcije s organskim nečistoćama u destilatu. vode. Voda također ima redoks svojstva i može smanjiti KMnO 4 . Ova reakcija je spora, ali je sunčeva svjetlost katalizuje, pa se pripremljeni rastvor čuva u tamnoj boci. Pripremite otopinu približno potrebne koncentracije, a zatim je standardizirajte prema primarnom standardu (Na 2 C 2 O 4 - natrijum oksalat, amonijum oksalat hidrat (NH 4) 2 C 2 O 4 × H 2 O ili dihidrat oksalne kiseline H 2 C 2 O 4 × 2H 2 O, arsenik oksid As 2 O 3 ili metalno gvožđe).

Tačka ekvivalencije određena je blijedoružičastom bojom otopine iz jedne kapi viška titranta (bez indikatorske metode).

Reakcija kalijevog permanganata s redukcijskim agensima u kiselom mediju odvija se prema sljedećoj shemi:

U analizi nekih organskih jedinjenja koristi se redukcija u jako alkalnom mediju prema jednačini:

MnO 4 - + e ® MnO 4 2-

Permanganatometrijski, redukcioni agensi se određuju direktnom titracijom, oksidanti reverznom titracijom, a neke supstance supstitucijskom titracijom.

Dihromatometrija

Radni rastvor: K 2 Cr 2 O 7 .

Titrirani rastvor se može pripremiti korišćenjem tonskog uzorka, pošto kristalni K 2 Cr 2 O 7 zadovoljava sve zahteve primarnog standarda. Rastvor kalij-dihromata je stabilan tokom skladištenja, titar rastvora ostaje nepromenjen dugo vremena

Glavna reakcija bihromatometrijske metode je reakcija oksidacije sa kalijevim bihromatom

kiselo okruženje:

Tačka ekvivalencije je fiksirana pomoću redoks indikatora (difenilamin i njegovi derivati).

Bihromatometrijskom metodom se određuju redukcioni agensi - direktna titracija (Fe 2+, U 4+, Sb 3+, Sn 2+), oksidanti - reverzna titracija (Cr 3+), kao i neka organska jedinjenja (metanol, glicerol).

Primjer 2. Izračunajte molarnu koncentraciju ekvivalenata ortofosforne kiseline u 20% rastvoru H 3 PO 4, čija je gustina 1,020 g/cm 3, uzimajući u obzir jednadžbu

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

Rješenje. Molarna koncentracija ekvivalenata tvari X(simbol WITH ekv ( X), mjerna jedinica mol/m 3 ili mol/l) određuje se količinom ekvivalenata tvari n ekv ( X), nalazi se u 1 litri rastvora.

Molarna koncentracija ekvivalenata ovisi o reakciji, budući da ista tvar u različitim reakcijama može imati različite ekvivalentne brojeve.

1. Izračunajte faktor ekvivalencije H 3 PO 4 u ovoj reakciji.

KOH reagens izmjenjuje sa jednom jedinicom formule 1 PU (H 3 PO 4) tri hidroksilne grupe OH –, od kojih je svaka ekvivalentna H+ jonu. Dakle, ekvivalentan broj Z(H 3 PO 4) = 3, faktor ekvivalencije f(H 3 PO 4) = .

2. Izračunajte molarnu masu ekvivalenata.

Molarna masa ekvivalenata H 3 PO 4 jednaka je umnošku faktora ekvivalencije H 3 PO 4 i molarne mase H 3 PO 4 (98 g/mol):

M eq (H 3 PO 4) = f(H 3 PO 4) · = 1/3 · 98 = 32,66 g/mol.

3. Izračunajte masu 1 litre rastvora na osnovu vrednosti gustine:

m = V· ρ = 1000 ml · 1,020 g/cm 3 = 1020 g.

100 g rastvora H 3 PO 4 sadrži 20 g H 3 PO 4;

1020 g rastvora H 3 PO 4 sadrži X g H 3 PO 4,

X = G.

4. Odrediti broj ekvivalenata supstance H 3 PO 4 u 1 litru rastvora.

Količina ekvivalenata tvari pokazuje količinu tvari (u molovima) u kojoj su čestice ekvivalentne (stvarne ili uvjetne čestice tvari).

Količina ekvivalentne supstance H 3 PO 4 u 1 litri rastvora dobija se dijeljenjem broja grama H 3 PO 4 u 1 litru rastvora sa molarnom masom ekvivalenata H 3 PO 4:

n eq (H 3 PO 4) = mladež,

one. dobijamo 6,25 mol supstance.

Sredstva WITH eq (H 3 PO 4, f= ) = 6,25 mol/l. Ova metoda izražavanja koncentracije naziva se i normalnost rastvora (n) i piše se 6,25n H 3 PO 4, tj. 1 litar ovog rastvora sadrži 6,25 mol ekvivalenata ortofosforne kiseline.

Primjer 3. S obzirom na jednadžbu reakcije

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

izračunati faktor ekvivalencije f(KOH) i f(H 2 SO 4). Odrediti molarnu koncentraciju ekvivalenata otopine sumporne kiseline H 2 SO 4, ako je za neutralizaciju 24,5 ml kiseline bilo potrebno 23,0 ml otopine kalijevog hidroksida KOH, WITH eq (KOH) = 0,15 mol/l.

Rješenje. Otopine različitih molarnih koncentracija ekvivalenata reagiraju u volumenima obrnuto proporcionalnim njihovim molarnim koncentracijama ekvivalenata.

Znajući molarnu koncentraciju ekvivalenata jedne od dvije reakcijske otopine i njihove zapremine, određujemo molarnu koncentraciju ekvivalenata druge otopine:

ili WITH ekv (A) V p(A)= C ekv (V) · V p(B),

1. Izračunajte faktor ekvivalencije f(KOH) i f(H 2 SO 4). KOH reagens izmjenjuje sa jednom jedinicom formule 1 PH H 2 SO 4 jednom hidroksilnom grupom OH –, što je ekvivalentno H + jonu. Dakle, ekvivalentan broj Z(H 2 SO 4) = 1, faktor ekvivalencije f(H 2 SO 4) = 1.

Ekvivalentni broj Z(KOH) = 1, f(KOH) = 1.

2. Izračunajte molarnu koncentraciju ekvivalenata otopine H 2 SO 4 .

, odavde

WITH eq (H 2 SO 4, H 2 O, f = 1) = =

0,14 mol/l ili 0,14n H 2 SO 4.

Primjer 4. Odrediti masu (g) ​​kalijevog permanganata KMnO 4 potrebnu za pripremu 0,5 l 0,2 N otopine namijenjene proučavanju oksidativnih svojstava tvari u kiseloj sredini

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

Rješenje.

1. Definirajte faktor ekvivalencije f(KMnO 4).

Jednačina ionsko-elektronske polu-reakcije pokazuje da oksidacijsko stanje mangana varira od +7 do +2. Jedna formula (MnO 4) - dodaje pet elektrona, dakle ekvivalentan broj Z(MnO 4 –) = 5. Dakle, ekvivalentni broj KMnO 4 je jednak Z(KMnO 4) = 5, faktor ekvivalencije f(KMnO 4) = . Molarna masa KMnO 4 je = 158 g/mol.

2. Izračunajte masu KMnO 4 potrebnu za pripremu 0,5 l 0,2 N otopine.

Molarna koncentracija ekvivalenata WITH ekv ( X) jednak je omjeru količine ekvivalenata tvari n ekv ( X) na zapreminu rastvora V p:

Gdje m x– masa supstance (g);

f (x) – faktor ekvivalencije;

M x – molarna masa supstance, g/mol;

V p – zapremina rastvora (l).

G.

Odgovor: Za pripremu 0,5 l 0,2 N otopine potrebno je uzeti 3,16 g KMnO 4.

KONTROLNI ZADACI

121. U rastvor sumporne kiseline zapremine 400 ml dodana je voda mase 60 g, čija je gustina 1,1 g/ml, a maseni udeo H 2 SO 4 15 %.Odredite maseni udeo sumporne kiseline kiseline u nastaloj otopini.

Odgovor: 13,2%.

122. Izračunajte molarnu koncentraciju (mol/l) mangan (II) hlorida MnCl 2 ako 200 ml otopine sadrži 2,52 g otopljene tvari.

Odgovor: 0,1M.

123. Izračunajte molarnu koncentraciju ekvivalenata (mol/l) cink hlorida ZnCl 2, čije 200 ml rastvora sadrži 1,83 g ove supstance. Reakcija se odvija prema jednadžbi:

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

Odgovor: 0,3 mol/l.

124. Odrediti masu (g) ​​kalijum permanganata KMnO 4 potrebnu za pripremu 1,5 l 0,3 N otopine namijenjene proučavanju oksidativnih svojstava ove tvari u neutralnom okruženju:

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

Odgovor: 23,7 g.

125. Izračunajte titar 40% rastvora sumporne kiseline H 2 SO 4 gustine ρ = 1,307 g/cm 3.

Odgovor: = 0,5228 g/ml.

126. Reakcija se odvija prema jednadžbi:

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

Izračunajte faktor ekvivalencije f(Ba(OH) 2) i f(H3PO4). Odredite sa kojom zapreminom ortofosforne kiseline WITH eq (H 3 PO 4) = 0,7 mol/l potreban je za neutralizaciju 30 ml rastvora barijum hidroksida Ba(OH) 2, čiji je titar 0,0960 g/ml.

Odgovor: 48 ml.

127. Izračunajte masu glukoze C 6 H 12 O 6 i vode potrebne za pripremu 200 g 5% rastvora.

Odgovor: 10 g glukoze, 190 g vode.

128. Odrediti masu (g) ​​nikl nitrata Ni(NO 3) 2 sadržanog u 200 ml 0,125 M rastvora Ni(NO 3) 2 .

Odgovor: 4,6 g.

129. Reakcija se odvija prema jednačini:

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

Izračunajte molarnu koncentraciju ekvivalenata hrom nitrata Cr(NO 3) 3, od kojih 3 litre sadrži 52,2 g ove supstance.

Odgovor: 0,22n.

130. Odredite masu (g) ​​kalijum dihromata K 2 Cr 2 O 7 potrebnu za pripremu 1 litre 2 N rastvora namenjenog za proučavanje oksidativnih svojstava ove supstance u kiseloj sredini:

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

Odgovor: 98

131. Izračunajte titar rastvora kalijum hidroksida KOH dobijenog otapanjem 25 g KOH i 160 g vode, ako je gustina rastvora 1,24 g/cm3.

odgovor: T KOH = 0,1675 g/ml.

132. Reakcija se odvija prema jednačini:

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

Izračunajte faktor ekvivalencije f(Zn(OH) 2) i f(HCl) Odredite koliki je volumen rastvora hlorovodonične kiseline HCl, WITH eq (HCl) = 0,1 mol/l potreban je za neutralizaciju 8 ml rastvora cink hidroksida Zn(OH) 2, čiji je titar 0,0720 g/ml?

Odgovor: 112 ml.

133. Pomešano 200 g 2% rastvora i 300 g 12% rastvora kalcijum hlorida CaCl 2. Odrediti maseni udio CaCl 2 u rezultirajućem rastvoru.

134. Odrediti masu (g) ​​natrijum sulfita Na 2 SO 3 potrebnu za pripremu 0,4 l 0,6 N rastvora namenjenog proučavanju redukcionih svojstava ove supstance u alkalnoj sredini

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

Odgovor: 15,12 g.

135. Koliko grama kristalnog hidrata barijum hlorida (BaCl 2 2H 2 O) treba uzeti da se pripremi rastvor zapremine 0,5 l, u kome je maseni udeo BaCl 2 0,1 (10% rastvor)? Gustina otopine je ρ = 1,090 g/cm3.

Odgovor: 63,92 g.

136. Izračunajte molarnu koncentraciju ekvivalenata hlorovodonične kiseline u 80 ml rastvora koji sadrži 3,6 g HCl, koji je reagovao prema jednačini:

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

Odgovor: 1,2 N HCl.

137. Izračunajte maseni udio (%) Mn(NO 3) 2 u 0,57 M rastvoru Mn(NO 3) 2 ako je gustina ovog rastvora ρ = 1,060 g/cm 3.

Odgovor: 9,6%.

138. Za izvođenje reakcije Na 2 CO 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + CO 2 + H 2 O korišten je rastvor natrijum karbonata (Na 2 CO 3) koji se dobija otapanjem 10,6 g soli. u jednom litru vode. Izračunajte molarnu koncentraciju ekvivalenata natrijevog karbonata u otopini.

Odgovor: 0,2 N Na 2 CO 3.

139. Iz 800 g 2% rastvora hlorovodonične kiseline HCl isparilo je 300 g vode. Izračunajte maseni udio (%) HCl u otopini preostaloj nakon isparavanja.

Odgovor: 3,2%.

140. Izračunajte masu K 2 CO 3 (g) potrebnu za pripremu 100 ml 10% rastvora (ρ = 1,0904 g/cm 3).

DEFINICIJA

Kalijum permanganat(kalijumova so permanganske kiseline) u čvrstom obliku su tamnoljubičasti kristali (gotovo crne prizme), koji su umereno rastvorljivi u vodi (slika 1).

Otopina KMnO 4 ima tamno grimiznu boju, a pri visokim koncentracijama ima ljubičastu boju, karakterističnu za jone permanganata (MnO 4 -).

Rice. 1. Kristali kalijum permanganata. Izgled.

Bruto formula kalijum permanganata je KMnO 4. Kao što je poznato, molekulska masa molekule jednaka je zbroju relativnih atomskih masa atoma koji čine molekulu (vrijednosti relativnih atomskih masa preuzete iz periodnog sistema D.I. Mendeljejeva zaokružujemo na cijele brojeve ).

Mr(KMnO 4) = Ar(K) + Ar(Mn) + 4×Ar(O);

Mr(KMnO 4) = 39 + 55 + 4×16 = 39 + 55 +64 =158.

Molarna masa (M) je masa 1 mola supstance. Lako je pokazati da su numeričke vrijednosti molarne mase M i relativne molekulske mase M r jednake, međutim, prva veličina ima dimenziju [M] = g/mol, a druga je bezdimenzionalna:

M = N A × m (1 molekul) = N A × M r × 1 amu = (N A ×1 amu) × M r = × M r .

To znači da molarna masa kalijum permanganata je 158 g/mol.

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

Vježbajte	Sastavite formulu za jedinjenje kalijuma, hlora i kiseonika ako su maseni udjeli elemenata u njemu: ω(K) = 31,8%, ω(Cl) = 29,0%, ω(O) = 39,2%.
Rješenje	Označimo broj molova elemenata uključenih u jedinjenje kao "x" (kalijum), "y" (hlor), "z" (kiseonik). Tada će molarni omjer izgledati ovako (vrijednosti relativnih atomskih masa uzetih iz periodnog sistema D.I. Mendeljejeva zaokružit ćemo na cijele brojeve): x:y:z = ω(K)/Ar(K) : ω(Cl)/Ar(Cl) : ω(O)/Ar(O); x:y:z= 31,8/39: 29/35,5: 39,2/16; x:y:z= 0,82: 0,82: 2,45 = 1: 1: 3. To znači da će formula za spoj kalija, hlora i kiseonika biti KClO 3 . Ovo je Bertoletova so.
Odgovori	KClO3

PRIMJER 2

Vježbajte	Sastavite formule dvaju željeznih oksida ako su maseni udjeli željeza u njima 77,8% i 70,0%.
Rješenje	Maseni udio elementa X u molekuli sastava NX izračunava se pomoću sljedeće formule: ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%. Nađimo maseni udio u svakom od bakrenih oksida: ω 1 (O) = 100% - ω 1 (Fe) = 100% - 77,8% = 22,2%; ω 2 (O) = 100% - ω 2 (Fe) = 100% - 70,0% = 30,0%. Označimo broj molova elemenata uključenih u jedinjenje sa "x" (gvožđe) i "y" (kiseonik). Tada će molarni omjer izgledati ovako (vrijednosti relativnih atomskih masa uzetih iz periodnog sistema D.I. Mendeljejeva zaokružit ćemo na cijele brojeve): x:y = ω 1 (Fe)/Ar(Fe): ω 1 (O)/Ar(O); x:y = 77,8/56: 22,2/16; x:y = 1,39: 1,39 = 1:1. To znači da će formula prvog željeznog oksida biti FeO. x:y = ω 2 (Fe)/Ar(Fe) : ω 2 (O)/Ar(O); x:y = 70/56: 30/16; x:y = 1,25: 1,875 = 1: 1,5 = 2: 3. To znači da će formula drugog željeznog oksida biti Fe 2 O 3.
Odgovori	FeO, Fe2O3