Закон химических эквивалентов в химическом анализе

Закон химических эквивалентов лежит в основе объемного химического анализа водных и неводных растворов различных веществ. Если химическая реакция протекает в растворе, то независимо от вида реакции (ионообменная, гидролиз или окислительно-восстановительная) взаимодействие между веществами осуществляется в эквивалентных соотношениях:

, (6.14)

, (6.15)

где n_э1, n_э2 – количество эквивалентов анализируемого вещества (1) и реагента (2), с помощью которого осуществляется анализ; V₁ и V₂ – объемы растворов вещества (1) и вещества (2); С_н1 и С_н2 – эквивалентные (нормальные) концентрации реагирующих веществ. Из уравнения (6.15) следует, что объемы растворов реагирующих веществ обратно пропорциональны их эквивалентным концентрациям.

Пример 10. Для нейтрализации раствора, содержащего 2,25 г кислоты, потребовалось 25 мл 2 н. раствора щелочи. Определить эквивалентную массу кислоты.

Решение. Определим количество эквивалентов щелочи и кислоты, вступивших в реакцию нейтрализации:

.

Определим эквивалентную массу кислоты:

ЗАДАЧИ

6.1. Сколько граммов AlCl₃ содержится в 0,5 л; 3 л, 5 л, 10 л 2 %-го раствора, если плотность раствора r = 1,016 г/см³.

Ответ: 10,16 г; 60,96 г; 101,6 г; 203,2 г.

6.2. Определить количество вещества и массу CuSO₄, которые содержатся в 100 мл, 500 мл, 4 л, 6 л раствора с молярной концентрацией 0,2 моль/л.

Ответ: 0,02 моль (3,2 г); 0,1 моль (16 г); 0,8 моль (128 г); 1,2 моль (192 г).

6.3. Определить количество вещества и массу H₃PO₄, которые содержатся в 200 мл, 600 мл, 2 л, 8 л раствора с эквивалентной концентрацией 0,03 моль/л.

Ответ: 0,002 моль (0,196 г); 0,006 моль (0,588 г); 0,02 (1,96 г); 0,08 (7,84 г).

6.4. В каком объеме воды нужно растворить 5,85 г NaCl, чтобы приготовить растворы с моляльной концентрацией 1 моль/кг; 0,2 моль/кг; 0,8 моль/кг; 0,5 моль/кг. Плотность воды принять равной 1 г/см³.

Ответ: в 100 мл, 500 мл, 125 мл, 200 мл.

6.5. Сколько граммов этилового спирта C₂H₅OH потребуется добавить к 360 мл воды, чтобы мольная доля спирта в растворе составила 0,0005; 0,002; 0,01; 0,4. Плотность воды принять равной 1 г/см³.

Ответ: 0,46 г; 1,84 г; 9,29 г; 613 г.

6.6. При 20 °С смешали 0,7 л бензола C₆H₆ и 0,8 л толуола C₆H₅CH₃. Вычислить мольные доли каждого из веществ в полученном растворе. Плотности бензола и толуола соответственно равны 0,879 г/см³ и 0,867 г/см³.

Ответ: 0,511; 0,489.

6.7. Найти массы воды и медного купороса CuSO₄×5H₂O, необходимые для приготовления одного литра раствора, содержащего 8 % мас. безводной соли. Плотность приготовленного раствора равна 1,084 г/см³.

Ответ: 948,4 г, 135,6 г.

6.8. Какой объем 0,1 н. HNO₃ можно приготовить из 0,7 л раствора HNO₃ с массовой долей 30 % (r = 1,180 г/см³)?

Ответ: 39,3 л.

6.9. Какой объем раствора серной кислоты с массовой долей H₂SO₄ 30 % (r = 1,219 г/см³) можно приготовить из 12 кг раствора серной кислоты с массовой долей 60 %?

Ответ: 19,7 л.

6.10. Из 5 л раствора гидроксида калия с массовой долей KOH 50 % и плотностью 1,538 г/см³ надо приготовить раствор с массовой долей KOH 18 %. Какой объем воды необходимо добавить к исходному раствору?

Ответ: 13,67 л.

6.11. Какой объем 5 н. раствора NaOH можно приготовить из 4 л раствора гидроксида натрия с массовой долей NaOH 50 % (r = 1,525 г/см³)?

Ответ: 15,25 л.

6.12. Какой объем раствора гидроксида калия с массовой долей KOH 24 % и плотностью 1,218 г/см³ можно приготовить из 125 л раствора едкого кали с массовой долей KOH 48 % (r = 1,510 г/см³)?

Ответ: 310 л.

6.13. Какой объем раствора серной кислоты с массовой долей H₂SO₄ 96 % (r = 1,835 г/см³) нужно взять для приготовления 5 л 0,5 н. раствора H₂SO₄?

Ответ: 69,5 мл.

6.14. К 0,5 л раствора серной кислоты с массовой долей 98 % и плотностью r = 1,837 г/см³ прибавлено 3 л воды. Какова массовая доля H₂SO₄ в полученном растворе?

Ответ: 23 %.

6.15. Какой объем воды нужно прибавить к 1 л раствора гидроксида калия с массовой долей 40 % и плотностью r = 1,411 г/см³, чтобы получить раствор с массовой долей KOH 18 %?

Ответ: 1,724 л.

6.16. Смешаны 0,8 л 1,5 н. раствора NaOH и 0,4 л 0,6 н. раствора NaOH. Какова молярная концентрация эквивалента полученного раствора? Изменением объемов при смешивании растворов пренебречь.

Ответ: 1,2 н.

6.17. Какой объем раствора соляной кислоты с массовой долей HCl в растворе 30 % (r = 1,149 г/см³) следует добавить к 5 л 0,5 н. раствора HCl для получения 1 н. раствора? Изменением объемов при смешивании растворов пренебречь.

Ответ: 0,296 л.

6.18. В каких массовых соотношениях надо смешать растворы серной кислоты с массовой долей H₂SO₄ соответственно 90 и 6 %, чтобы приготовить раствор с массовой долей 30 %?

Ответ: 1:2,5.

6.19. В каких объемных соотношениях надо смешать соляную кислоту с плотностью r = 1,189 г/см³ и воду для приготовления раствора, имеющего плотность r = 1,098 г/см³? Изменением объемов при смешивании растворов пренебречь.

Ответ: 1,08:1,00.

6.20. К 0,8 л раствора гидроксида натрия с массовой долей С = 30 % и плотностью r = 1,328 г/см³ прибавлено 0,4 л раствора едкого натра с массовой долей 14 % и плотностью r = 1,153 г/см³. Определить плотность полученного раствора и массовую долю NaOH в нем. Изменением объемов при смешивании растворов пренебречь.

Ответ: 1,27 г/см³; 25 %.

6.21. Определить, в каких объемных соотношениях необходимо смешать растворы KOH плотностью 1,100 и 1,411 г/см³ для приготовления раствора KOH плотностью 1,240 г/см³. Изменением объемов при смешивании растворов пренебречь.

Ответ: 1,2:1,0.

6.22. Какой объем воды и концентрированной серной кислоты с плотностью r = 1,814 г/см³ надо смешать, чтобы приготовить 18 л раствора H₂SO₄ с плотностью r = 1,219 г/см³? Изменением объемов при смешивании растворов пренебречь.

Ответ: 13,2 л; 4,8 л.

6.23. Какой объем 0,25 н. раствора H₂SO₄ можно нейтрализовать прибавлением 0,6 л 0,15 н. раствора Ca(OH)₂?

Ответ: 0,36 л.

6.24. Какой объем раствора соляной кислоты, с массовой долей HCl 4 % (r = 1,018 г/см³) необходимо прибавить к 0,5 л 0,02 н. раствора AgNO₃ для полного осаждения Ag⁺ в виде AgCl?

Ответ: 9 мл.

6.25. Плотность раствора Na₂CO₃ равна 1,102 г/см³. Из 4 л этого раствора при действии соляной кислоты получено 66,6 л CO₂ (н. у.). Вычислить массовую долю Na₂CO₃ в растворе.

Ответ: 7,15 %.

6.26. Какой объем 0,5 М Al₂(SO₄)₃ требуется для реакции с 0,3 л 0,15 М Ba(NO₃)₂?

Ответ: 0,03 л.

6.27. Какой объем 0,20 н. раствора KOH требуется, чтобы осадить в виде Fe(OH)₃ все железо, содержащееся в 0,028 л 1,4 н. раствора FeCl₃?

Ответ: 0,196 л.

6.28. Каким объемом 4 н. раствора H₂SO₄ можно полностью разложить 0,65 л раствора карбоната калия, плотность которого 1,189 г/см³ с массовой долей K₂CO₃ 20 %? Какой объем займет выделившийся газ (н. у.)?

Ответ: 0,56 л; 25,1 л.

6.29. Какова была масса Al(OH)₃, если для его растворения потребовалось 0,2 л раствора азотной кислоты с массовой долей 30 % и плотностью 1,180 г/см³? Какой минимальный объем 2,5 н. раствора KOH необходимо затратить для растворения этого количества гидроксида алюминия?

Ответ: 29,12 г; 149 мл.

6.30. Рассчитать объем SO₂ (н. у.), который можно получить при действии 0,05 л 0,85 н. раствора H₂SO₄ на раствор K₂SO₃.

Ответ: 0,476 л.

6.31. Водный раствор содержит m г вещества А в объеме V. Плотность раствора r. Вычислить массовую долю (%) вещества А в растворе, а также молярную концентрацию, эквивалентную концентрацию, моляльность раствора, мольную долю вещества А и титр раствора. (Варианты задачи представлены в табл. 1.)

Растворимость

Растворимостью вещества называют его способность растворяться в том или ином растворителе. Растворимость определяется различием в энергии взаимодействия между молекулами в чистом растворяемом веществе и молекулами в чистом растворителе. При малых различиях в энергии межмолекулярного взаимодействия вещество обладает неограниченной растворимостью, в случае значительных расхождений этих величин наблюдается ограниченная растворимость вещества.

Следовательно, для любого растворяемого вещества в любом растворителе выполняется правило, установленное еще древними алхимиками: подобное растворяется в подобном.

Ограниченная растворимость вещества в выбранном растворителе зависит от температуры и давления. Увеличение концентрации растворяемого вещества при постоянной температуре и давлении приводит к состоянию «насыщения».

Насыщенным раствором называется раствор, в котором скорость растворения равна скорости кристаллизации (конденсации) растворенного вещества. Насыщенный раствор всегда находится в равновесии с чистым растворяемым веществом.

Мерой растворимости вещества при заданных температуре и давлении служит концентрация его насыщенного раствора.