Закон эквивалентов в объемном анализе

Пользуясь растворами, концентрация растворенного вещества в которых выражена через нормальность С_N, можно на основе закона эквивалентов рассчитать, в каких объемных отношениях должны быть смешаны растворы веществ Х₁ и Х₂, чтобы эти вещества прореагировали между собой без остатка.

V(x₁) • C_N(x₁) = V(х₂) • С_N(х₂), или V(x₁)/V(х₂) = С_N(х₂)/С_N(x₁).

Объемы растворов реагирующих веществ обратно пропорциональны их молярной концентрации эквивалента (нормальности). Произведение объема раствора и молярной концентрации эквивалента вещества равно числу эквивалентов, т.е. V(Х₁) • C_N(Х₁) = n_э(Х₁)

Рассмотрим пример: какой объем 0,2 N раствора нитрата серебра потребуется для осаждения хлорид – ионов, которые содержатся в 100 мл 0,01N раствора AICI₃. Реакция в растворе протекает по уравнению:

AICI₃ + 3AgNO₃ = AI(NO₃)₃ + 3AgCI¯

По закону эквивалентов на n_э (AICI₃) израсходуется n_э (AgNO₃). Так как C_N = n_э / V(у), можно записать:

100мл _* 0,01 экв/л = 0,2 экв/л _* V(AgNO₃ ) мл, отсюда V(AgNO₃ ) = 5 мл.

Пример. Вычислите молярную концентрацию эквивалента и молярную, моляльную концентрации раствора, в котором массовая доля СuSО₄ равна 10%. Плотность раствора 1,107 г/мл.

Решение. Вычисления в задаче связаны с пересчетом концентраций из одних единиц в другие.

1. Определим молярную массу эквивалента (М_э) CuSО₄ : М_э (CuSО₄) = М• Э = 159,6 • 1/2 = 79,8 (г/моль).

2. Определим C_m (моль/кг) В растворе с мольной долей равной 10%, на каждые 10 г CuSО₄ приходится 90 г воды. Отсюда

n (CuSО₄) m (CuSО₄) 10

C_m = —————— = ———————————— = —————— = 0,696 (моль/кг).

m (H₂O) M (CuSО₄) • m (H₂O) 159,61•0,090

3. Молярная и эквивалентная концентрации связаны с объемом раствора. Поэтому находим объем, который занимают 100 г 10%-ного раствора CuSО₄:

V(CuSО₄) = m(у)/ρ(у) = 100/1,107 = 90,33 (мл) = 0,0903 (л).

4. Рассчитываем молярную концентрацию раствора С_м (моль/л):

n (CuSО₄) m (CuSО₄) 10
С_м = —————— = —————————— = ——————— = 0,693 (моль/л)

V(у) М (CuSО₄) • V(y) 159 • 0,0903

5. Рассчитываем нормальную концентрацию раствора CuSО₄ С_N ( моль/л) :

n_э(CuSО₄) m (CuSО₄) 10

С_N = ——————— = ——————————— = ——————— = l,386(моль / л).

V(v) M_э (CuSО₄) • V(у) 79.8 • 0,09

ЗАДАЧИ

1. К 800 мл раствора гидроксида калия с молярной концентрацией эквивалента (C_N) 0,4 моль/л добавили 500 мл воды. Вычислите молярную концентрацию (C_M ) вновь полученного раствора.

2. Вычислите массовую долю карбоната калия и моляльную концентрацию раствора, содержащего 36 г K₂СО₃ в 1850 г воды.

3. Вычислите молярную концентрацию эквивалента раствора ортофосфорной кислоты, массовая доля кислоты в котором составляет 0,12 (12%). Плотность раствора равна 1,08 г/мл.

4. Какой объем раствора щелочи с молярной концентрацией эквивалента 0,25 моль/л требуется для нейтрализации 1,96 г ортофосфорной кислоты, содержащейся в 20 мл раствора?

5. До какого объема следует упарить 1,6 л раствора сульфата меди с молярной концентрацией эквивалента 0,06 N для получения раствора с молярной концентрацией 0,24 M.

6. Какой объем раствора нитрата серебра с молярной концентрацией эквивалента 0,1 моль/л израсходуется в реакции осаждения с раствором, который содержит 0,84 г хлорида кальция?

7. В 400 мл раствора содержится 5,6 г гидроксида калия. Вычислите нормальность этого раствора.

8. Какой объем воды потребуется для растворения 15 г хлорида натрия для получения 0,2 М раствора? Объем раствора примите равным объему воды.

9. Рассчитайте молярную концентрацию и молярную концентрацию эквивалента (C_N) раствора сульфата натрия с массовой долей 0,02 (2%). Плотность раствора примите равной 1г/мл.

10. Определите моляльную концентрацию раствора HCI с массовой долей 10%. Плотность раствора примите равной 1,06 г/мл.

11. Вычислите мольные доли воды и серной кислоты в 25%-ном по массе растворе серной кислоты.

12. В воде объемом 260 мл растворили соль массой 40 г. Рассчитайте массовую долю соли в полученном растворе.

13. Вычислите молярную концентрацию NaCNS в растворе с массовой долей cоли 20%. Плотность раствора примите равной 1,1г/мл.

14. К 40 мл 2 М раствора KCI (плотность 1,05 г/мл) прилили 200 г воды. Определите моляльную концентрацию полученного раствора и массовую долю хлорида калия в нем.

15. Сколько граммов гидроксида натрия содержится в 500 мл 0,1 М раствора?

16. Определите мольную долю сульфата натрия в растворе, который получили растворением 17,4 г соли в 1800 мл воды.

17. Определите массу серной кислоты в 1,5 л раствора, молярная концентрация эквивалента (C_N) которого равна 0,2 моль/л.

18. Определите массу ортофосфорной кислоты, которая содержится в 0,5 кг раствора с моляльной концентрацией 0,3 моль/кг

19. Сколько граммов вещества следует взять для приготовления:

а) 2 л 0,6 N раствора карбоната калия;

б) 0,5 л 0,1 М раствора нитрата серебра;

в) 100 г 0,4 m раствора нитрата бария.

20. Какой объем 4 N раствора серной кислоты требуется для нейтрализации 10 г NaOH?

21. Сколько миллилитров 0,1 N раствора ортофосфорной кислоты можно приготовить из 80мл 0,75 N раствора той же кислоты?

22. До какого объема следует разбавить водой 2,4 л 1,6 N раствора KCI для получения 0,25 М раствора ?

23. Определите молярную концентрацию эквивалента ортофосфорной кислоты, если в 0,4 л раствора содержится 12 г кислоты.