Ekvivalent, faktor ekvivalencije, molarna koncentracija ekvivalenata. Molarni maseni ekvivalent u oksidaciono-redukcionim reakcijama Molarni maseni ekvivalent kmno4
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 pripremljena otopina 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 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).
Barnaul 1998
,
Ekvivalent:
Nastavno-metodički priručnik iz neorganske hemije
Uzmite pritisak zasićene pare vode iz tabele 1
Zatim lagano tapkajte po tikvici da biste metal premjestili u kiselinu. Nakon što je reakcija završena, ostavite bocu da se hladi 5...6 minuta. i izmjeriti zapreminu cijelog vodenog stupca u cilindru i sa površine vode u kristalizatoru.
Zapišite eksperimentalne podatke u tablicu 1.
Tabela 1 - Eksperimentalni podaci za određivanje metalnog ekvivalenta
Izmjerene količine | Jedinice | Legenda | Podaci o eksperimentu |
Vaganje metala | |||
Eksperimentirajte temperaturu | |||
Pritisak zasićene pare | |||
Atmosferski pritisak | |||
Zapremina vodenog stupca u cilindru prije eksperimenta | |||
Zapremina vodenog stupca u cilindru nakon eksperimenta | |||
Visina vodenog stupca od površine vode u kristalizatoru |
2.2 Proračun metalnog ekvivalenta
gdje je 9,8 faktor konverzije za pretvaranje u mm vode. Art. u paskalima (Pa).
Koristeći zakon ekvivalenata (25), nalazimo molarnu masu metalnog ekvivalenta:
https://pandia.ru/text/78/299/images/image048_15.gif" width="43" height="27 src=">—ekvivalentna zapremina vodonika pri normalnim uslovima, ml;
m(ja)– masa metala, g; https://pandia.ru/text/78/299/images/image050_14.gif" width="63" height="23"> – molarna masa metalnog ekvivalenta.
Poznavajući molarnu masu metalnog ekvivalenta i molarnu masu atoma metala, pronađite faktor ekvivalencije i metalni ekvivalent (vidi Odjeljak 1.2).
2.3 Pravila za rad u laboratoriji
1. Eksperimente uvijek provodite u čistim posudama.
2. Ne treba miješati čepove iz različitih boca. Da bi unutrašnjost plute bila čista, pluta se vanjskom površinom stavlja na sto.
3. Ne možete unositi javne reagense na svoje radno mjesto.
4. Nakon eksperimenata, ne bacajte preostale metale u sudoper, već ih sakupite u posebnu posudu.
5. Polomljeno posuđe, komadići papira, šibice se bacaju u smeće.
1. Nemojte uključivati prekidače i električne uređaje bez dozvole nastavnika.
2. Nemojte zatrpati svoj radni prostor nepotrebnim stvarima.
3. Ne možete okusiti supstance.
4. Prilikom sipanja reagensa nemojte se naginjati preko otvora posude kako biste izbjegli prskanje po licu i odjeći.
5. Ne naginjati se nad zagrejanu tečnost, jer može da se izbaci.
6. U slučaju požara, odmah isključite sve električne uređaje za grijanje. Pokrijte zapaljene tekućine azbestom, prekrijte ih pijeskom, ali ih nemojte puniti vodom. Ugasiti zapaljeni fosfor mokrim peskom ili vodom. Prilikom paljenja alkalnih metala plamen gasiti samo suvim peskom, a ne vodom.
1. Ako ste ozlijeđeni staklom, uklonite fragmente iz rane, podmažite rubove rane otopinom joda i zavijte je.
2. U slučaju hemijske opekotine na rukama ili licu, isperite reagens sa dosta vode, zatim ili razblaženom sirćetnom kiselinom u slučaju alkalne opekotine, ili rastvorom sode u slučaju opekotina kiselinom, a zatim ponovo vodom.
3. Ako ste opečeni od vruće tekućine ili vrućeg predmeta, opečeno mjesto tretirajte svježe pripremljenom otopinom kalijevog permanganata, namažite opečeno mjesto mašću za opekotine ili vazelinom. Možete posuti sodu bikarbonu na opekotinu i zaviti je.
4. Za hemijske opekotine očiju isperite oči sa dosta vode koristeći kupku za oči, a zatim se obratite lekaru.
3 domaća zadaća
Odredite ekvivalente i njihove molarne mase za početne supstance u reakcijama:
1. Al2O2+3H2SO4=Al(SO4)3+3H2O;
2. Al(OH)3+3H2SO4=Al(HSO4)3+3H2O;
Osnovni koncepti
.Ekvivalent je stvarna ili uslovna čestica supstance X, koja je u datoj kiselo-baznoj reakciji ili reakciji razmene ekvivalentna jednom vodikovom jonu H + (jedan OH - ion ili jedinični naboj), a u ovoj redoks reakciji je ekvivalentan jednom elektronu.
Faktor ekvivalencije feq(X) je broj koji pokazuje koliki je udio stvarne ili konvencionalne čestice supstance X ekvivalentan jednom vodonikovom jonu ili jednom elektronu u datoj reakciji, tj. frakcija koja je ekvivalentna molekulu, jonu, atomu ili jedinici formule neke supstance.
Uz koncept "količine supstance", koji odgovara broju njenih molova, koristi se i koncept broja ekvivalenata supstance.
Zakon ekvivalenata: supstance reaguju u količinama proporcionalnim njihovim ekvivalentima. Ako se uzme n(eq 1). mol ekvivalenata jedne supstance, zatim isti broj mol ekvivalenata druge supstance n(ekviv. 2 ) će biti potreban u ovoj reakciji, tj.
n(eq 1) = n(eq 2) (2.1)
Prilikom izvođenja proračuna potrebno je koristiti sljedeće omjere:
M(½ CaSO 4 ) = 20 + 48 = 68 g/mol.
Ekvivalent u acidobaznim reakcijama
Koristeći primjer interakcije ortofosforne kiseline sa alkalijom sa stvaranjem dihidro-, hidro- i srednjeg fosfata, razmotrimo ekvivalent supstance H 3 PO 4.
H 3 PO 4 + NaOH = NaH 2 PO 4 + H 2 O, feq (H 3 PO 4) = 1.
H 3 PO 4 + 2NaOH = Na 2 HPO 4 + 2H 2 O, feq (H 3 PO 4) = 1/2.
H 3 PO 4 + 3NaOH = Na 3 PO 4 + 3H 2 O, feq (H 3 PO 4) = 1/3.
Ekvivalent NaOH odgovara jedinici formule ove supstance, jer je faktor ekvivalentnosti NaOH jednak jedan. U prvoj jednadžbi reakcije, molarni omjer reaktanata je 1:1, stoga je faktor ekvivalencije H 3 PO 4 u ovoj reakciji je jednak 1, a ekvivalent je jedinica formule za tvar H 3PO 4.
U drugoj jednačini reakcije, molarni odnos reaktanata H 3 PO 4 a NaOH je 1:2, tj. faktor ekvivalencije H 3PO 4 jednak je 1/2, a njegov ekvivalent je 1/2 dijela jedinice formule tvari H 3PO 4.
U trećoj jednadžbi reakcije, količine reaktantnih supstanci su međusobno povezane kao 1:3. Dakle, faktor ekvivalencije H 3 PO 4 jednak je 1/3, a njegov ekvivalent je 1/3 jedinice formule supstance H 3PO 4.
dakle, ekvivalentno supstanca zavisi od vrste hemijske transformacije u kojoj dotična supstanca učestvuje.
Treba obratiti pažnju na efikasnost primjene zakona ekvivalenata: stehiometrijski proračuni su pojednostavljeni kada se koristi zakon ekvivalenata, posebno kada se izvode ovi proračuni nema potrebe zapisivanje kompletne jednačine hemijska reakcija i uzeti u obzir stehiometrijske koeficijente. Na primjer, za interakciju bez ostatka, za 0,25 mol-ekviv. natrijum ortofosfata bit će potrebna jednaka količina ekvivalenata supstance kalcijum hlorida, tj. n(1/2CaCl 2 ) = 0,25 mol.
Ekvivalent u redoks reakcijama
Faktor ekvivalencije jedinjenja u redoks reakcijama jednak je:
f eq (X) = , (2.5)
gdje je n – broj doniranih ili dodatih elektrona.
Da biste odredili faktor ekvivalencije, razmotrite tri jednadžbe reakcije koje uključuju kalijev permanganat:
2KMnO 4 + 5Na 2 SO 3 + 3H 2 SO 4 = 5Na 2 SO 4 + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O.
2KMnO 4 + 2Na 2 SO 3 + H 2 O = 2Na 2 SO 4 + 2MnO 2 + 2KOH.
2KMnO 4 + Na 2 SO 3 + 2NaOH = Na 2 SO 4 + K 2 MnO 4 + Na 2 MnO 4 + H 2 O.
Kao rezultat, dobijamo sljedeću shemu za transformaciju KMnO 4 (slika 2.1).
Rice. 2.1. Šema transformacija KMnO 4 u raznim okruženjima
Dakle, u prvoj reakciji f eq (KMnO 4 ) = 1/5, u drugom – f ek(KMnO 4 ) = 1/3, u trećoj – f ek(KMnO 4) = 1.
Treba naglasiti da je faktor ekvivalencije kalij-dikromata koji reagira kao oksidant u kiseloj sredini 1/6:
Cr 2 O 7 2- + 6e + 14 H + = 2 Cr 3+ + 7 H 2 O.
Primjeri rješavanja problema
Odredite faktor ekvivalencije aluminijum sulfata koji je u interakciji sa alkalijom.Rješenje. U ovom slučaju postoji nekoliko mogućih odgovora:
Al 2 (SO 4) 3 + 6 KOH = 2 A1(OH) 3 + 3 K 2 SO 4, f eq (Al 2 (SO 4) 3) = 1/6,
Al 2 (SO 4) 3 + 8 KOH (ex) = 2 K + 3 K 2 SO 4, f eq (Al 2 (SO 4) 3) = 1/8,
Al 2 (SO 4) 3 + 12KOH (ex) = 2K 3 + 3K 2 SO 4, f eq (Al 2 (SO 4) 3) = 1/12.
Odredite faktore ekvivalencije Fe 3 O 4 i KCr(SO 4) 2 u reakcijama interakcije željeznog oksida sa viškom hlorovodonične kiseline i interakcije dvostruke soli KCr(SO 4) 2 sa stehiometrijskom količinom alkalijskog KOH da bi se formirao hrom hidroksid ( III).Fe 3 O 4 + 8 HC1 = 2 FeSl 3 + FeS1 2 + 4 H 2 O, f eq (Fe 3 O 4) = 1/8,
KCr(SO 4) 2 + 3 KOH = 2 K 2 SO 4 + C r(OH) 3, f eq (KCr(SO 4) 2) = 1/3.
Odredite faktore ekvivalencije i molarne mase ekvivalenata oksida CrO, Cr 2 O 3 i CrO 3 u kiselo-baznim reakcijama.CrO + 2 HC1 = CrCl 2 + H 2 O; f eq (CrO) = 1/2,
Cr 2 O 3 + 6 HC1 = 2 CrCl 3 + 3 H 2 O; f eq (Cr 2 O 3) = 1/6,
CrO 3 – kiseli oksid. Reaguje sa alkalijama:
CrO 3 + 2 KOH = K 2 CrO 4 + H 2 O; f eq (CrO 3) = 1/2.
Molarne mase ekvivalenata oksida koji se razmatraju jednake su:
M equiv (CrO) = 68(1/2) = 34 g/mol,
M eq (Cr 2 O 3 ) = 152(1/6) = 25,3 g/mol,
M eq (CrO 3 ) = 100(1/2) = 50 g/mol.
Odredite zapreminu 1 mol-ekviv O 2, NH 3 i H 2 S na br. u reakcijama:V eq (O 2) = 22,4 × 1/4 = 5,6 l.
V eq (NH 3) = 22,4 × 1/3 = 7,47 l - u prvoj reakciji.
V eq (NH 3) = 22,4 × 1/5 = 4,48 l - u drugoj reakciji.
U trećoj reakciji za vodonik sulfid, V eq (H 2 S) = 22,4 1/6 = 3,73 l.
n eq (Me) = n eq (H 2) = 0,56: (22,4 × 1/2) = 0,05 mol.
M ekviv (X) = m(Me)/n ekviv (Me) = 0,45:0,05 = 9 g/mol.
M eq (Me x O y ) = M eq (Me) + M eq(O 2) = 9 + 32× 1/4 = 9 + 8 = 17 g/mol.
M eq (Me(OH) y ) = M eq (Me) + M eq(OH - ) = 9+17 = 26 g/mol.
M eq (Me x (SO 4) y ) = M eq (Me) + M eq (SO 4 2-) = 9 + 96× 1/2 = 57 g/mol.
f eq (K 2 SO 3 ) = 1/2 (u kiselom i neutralnom okruženju).
M ekviv (K 2 SO 3) = 158 × 1/2 = 79 g/mol.
n eq (KMnO 4) = n eq (K 2 SO 3 ) = 7,9/79 = 0,1 mol.
U kiseloj sredini M ekviv (KMnO 4 ) = 158 1/5 = 31,6 g/mol, m(KMnO 4 ) = 0,1 31,6 = 3,16 g.
U neutralnom okruženju M ekviv (KMnO 4 ) = 158 1/3 = 52,7 g/mol, m(KMnO 4 ) = 0,1·52,7 =5,27 g.
. Izračunajte molarnu masu metalnog ekvivalenta ako oksid ovog metala sadrži 47 tež. % kisika.Za proračune biramo uzorak metalnog oksida težine 100 g. Tada je masa kisika u oksidu 47 g, a masa metala 53 g.
U oksidu: n ekviv (metal) = n ekviv. (kiseonik). dakle:
m(Me):M eq (Me) = m(kiseonik):M eq (kiseonik);
53:M ekvivalent (Me) = 47:(32 1/4). Kao rezultat, dobijamo M equiv (Me) = 9 g/mol.
Problemi koje treba riješiti samostalno
2.1.Molarna masa metalnog ekvivalenta je 9 g/mol. Izračunajte molarnu masu ekvivalenta njegovih nitrata i sulfata.
2.2.Molarna masa karbonatnog ekvivalenta određenog metala je 74 g/mol. Odredite molarne mase ekvivalenata ovog metala i njegovog oksida.
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 rastvora koji je nedovoljno titriran 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 otopini redoks indikatora postoji ravnoteža između oksidiranih i redukovanih oblika, koji imaju različite boje, koja se pomiče kada se potencijal promijeni:
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.