Молярная концентрация эквивалентов вещества в объёмном анализе. Титрование.

Молярная концентрация эквивалентов вещества Х (эвивалентная концентрация) – величина, равная отношению химического количества эквивалентов вещества Х к объёму раствора:

; Или

Она показывает, какое химическое количество эквивалентов вещества Х содержится в растворе объёмом 1 дм³. Например, запись = 0,2 моль/дм³ обозначает, что в данном растворе объёмом 1 дм³ количество эквивалентов серной кислоты равно 0,2 моль. Часто молярную концентрацию эквивалента называют эквивалентной концентрацией и обозначают символом «с_э». Раньше её называли нормальной концентрацией (или нормальностью) и обозначили символами «н» или «N».

Согласно закону эквивалентов, вещества X и Y реагируют в таком соотношении, что количество эквивалентов вещества Х всегда равно количеству эквивалентов вещества Y, т. е.:

= .

Поскольку , а ,

то можно записать: V_р-ра(Х) × с_э(Х) = V_р-ра(Y) × с_э(Y)

Из этого уравнения видно, что при одинаковых концентрациях эквивалентов реагирующих веществ X и Y объёмы их растворов будут также одинаковыми. Так, например, для нейтрализации серной кислоты, содержащейся в растворе объёмом 50 см³ с концентрацией её эквивалентов, равной 0,1 моль/дм³, требуется такой же объём раствора гидроксида натрия с концентрацией его эквивалентов, равной 0,1 моль/дм³. Если же молярные концентрации эквивалентов веществ X и Y не равны между собой, то их отношение обратно пропорционально отношению объёмов растворов этих веществ:

Это уравнение позволяет рассчитать значение эквивалентной концентрации вещества Х, если известно значение концентрации реагирующего с ним вещества Y. Данный тип расчетов очень широко используется в аналитической химии и лежит в основе метода объёмного анализа, основанного на измерении объёмов растворов реагирующих веществ.

На практике для определения эквивалентной концентрации веществ используют метод титровáния (от франц. «titre» – количество). Он заключается в том, что к определённому объёму раствора с неизвестной эквивалентной концентрацией вещества Х постепенно добавляют раствор с известной концентрацией вещества Y до момента окончания реакции, которому соответствует изменение окраски индикатора. Определив таким образом точный объём добавленного раствора вещества Y, рассчитывают эквивалентную концентрацию вещества Х в исходном растворе.

Пример 1.

На титрование раствора гидроксида калия объемом 10,0 см³ израсходован раствор объемом 12,8 см³ с эквивалентной концентрацией серной кислоты, равной 0,1200 моль/дм³. Вычислить эквивалентную концентрацию щёлочи в исходном растворе.

Решение:

Из уравнения V_(кисл) × с_э(кисл) = V_(щёл) × с_э(щёл)

выразим искомую концентрацию и найдем её значение:

с_э(щёл) = моль/дм³.

При приготовлении растворов с заданными значениями молярной концентрации эквивалентов необходимо помнить, что молярная масса эквивалента одного и того же вещества может иметь разные значения в зависимости от того, в какой реакции это вещество будет участвовать. Например, для реакции H₂SO₄ + NaOH ® NaHSO₄ + H₂O эквивалентом кислоты является её молекула и молярная масса эквивалентов равна 98 г/моль. В случае же другой реакции: H₂SO₄ + 2NaOH ® Na₂SO₄ + 2H₂O эквивалентом кислоты является половина её молекулы и молярная масса эквивалентов в этом случае составляет:

M .