Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Задачник
.pdf
21
Решение
Так как в данном случае для серной кислоты z = 2, то
n
1
z
H2SO
4
= 2 ∙ n
H2SO
4
= 2 ∙ 0,185 моль/л = 0,370 моль.
В данном случае молярная концентрация эквивалента рассчитыва-
ется по формуле
С
1
z
H2SO
4
=
n(
1
z
H2SO4)
V(H2SO4)
=
0,370 моль
0,450 л
= 0,822 моль/л.
2.37. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента 200 мл
раствора карбоната натрия, содержащего 5,00 г основного вещества,
если при химической реакции из Na2CO3 образуется Н2СО3.
2.38. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента 655 мл раствора фосфорной кислоты, содержащего 7,55 г основного вещества,
если в реакции кислотно-основного взаимодействия участвует только
один протон.
2.39. Рассчитайте массу навески карбоната натрия Na2CO3, необхо-
димую для приготовления 530 мл раствора с молярной концентрацией
эквивалента 0,245 моль/л. Раствор предназначен для реакции, протекающей с образованием гидрокарбоната.
2.40. Рассчитайте массу навески гидроксида натрия, необходимую
для приготовления 335 мл раствора с молярной концентрацией эквивалента 0,345 моль/л.
2.41. Вычислите молярную концентрацию эквивалента 400 мл водного раствора перманганата калия, содержащего 15,0 г KMnO4. Раствор
предназначен для использования в реакции с веществом-восстановителем, протекающей в кислой среде в соответствии со схемой
MnO
4
−
+ 8H+ + 5е− → Mn2+ + 4H2O.
2.42. Вычислите молярную концентрацию эквивалента 600 мл вод-
ного раствора перманганата калия, содержащего 3,50 г KMnO4. Раствор
предназначен для использования в реакции с веществом-восстановителем, протекающей в кислой среде в соответствии со схемой
MnO
4
−
+ 8H+ + 5е− → Mn2+ + 4H2O.
2.43. Рассчитайте массу навески, необходимую для приготовления
100 мл раствора тиосульфата натрия (М(Na2S2O3) = 158 г/моль) с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,100 моль/л.
22
2.44. Рассчитайте массу навески, необходимую для приготовления
200 мл раствора дихромата калия (М(K2Cr2O7) = 294 г/моль) с молярной
концентрацией эквивалента, равной 0,200 моль/л.
2.45. Рассчитайте массу навески, необходимую для приготовления
0,500 л раствора йода (М(I2) = 254 г/моль) с молярной концентрацией
эквивалента, равной 1,00 ∙10−2 моль/л.
2.46. Рассчитайте массу навески, необходимую для приготовления
5,00 л раствора оксалата аммония (М(NH4)2C2O4 = 108 г/моль) с моляр-
ной концентрацией эквивалента, равной 0,0100 моль/л, используемого
для реакции с веществом-окислителем в кислой среде в соответствии
со схемой полуреакции
С2О
4
2−
− 2е− → 2СО2.
2.47. Рассчитайте массу навески, необходимую для приготовления
2,00 л раствора перманганата калия (М(KMnO4) = 158 г/моль) с моляр-
ной концентрацией эквивалента, равной 0,100 моль/л. Раствор предназначен для использования в реакции с веществом-восстановителем,
протекающей в кислой среде в соответствии со схемой полуреакции
MnO
4
−
+ 8H+ + 5е− → Mn2+ + 4H2O.
Пояснения к заданиям 2.37–2.47
При решении заданий подобного типа прежде всего нужно определить, что в данном случае подразумевается под эквивалентом вещества.
Для этого необходимо написать уравнение реакции и определить z –
количество протонов или электронов, реагирующих с одной молекулой
(одним ионом) вещества.
По известной массе растворенного вещества молярная концентрация эквивалента его в заданном объеме раствора рассчитывается по
формуле
С
1
z
X=
m(X)
M
1
z
X∙ V(X)
.
Отсюда
mX
= C
1
z
X ∙ M
1
z
X ∙ V
X
,
где m(X) – масса определяемого вещества Х в растворе, г; C
1
z
X – мо-
лярная концентрация эквивалента раствора определяемого вещества Х,
23
моль/л; M
1
z
X – молярная масса эквивалента определяемого вещества
Х, г/моль; V(X) – объем раствора вещества Х, л.
Пример 1. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента
150 мл раствора, содержащего 25,0 г гидроксида натрия.
Дано:
Найти:
VNaOH
= 150 мл C
1
z
NaOH= ?
m(NаОН) = 25,0 г
Решение
Гидроксид натрия является сильным основанием, которое реагирует с кислотами в соответствии с уравнением (в общем виде)
NаОН + Н+ → Nа+ + Н2О.
Следовательно, для гидроксида натрия z = 1 (всегда!), поэтому
M
1
z
NaOH = M
NaOH = 40,0 г/моль.
Молярная концентрация эквивалента раствора гидроксида натрия
рассчитывается по формуле
C
1
z
NaOH=
m(NaOH)
M
1
z
NaOH∙ V(NaOH)
=
25,0 г
40,0 г/моль ∙ 0,150 л
= 4,17 моль/л.
Пример 2. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента
200 мл водного раствора перманганата калия, содержащего 10,5 г
KMnO4 (предназначен для использования в реакции с веществом-вос-
становителем в кислой среде в соответствии со схемой полуреакции):
MnO
4
−
+ 8H+ + 5е− → Mn2+ + 4H2O.
Дано:
Найти:
VKMnO
4
= 200 мл C
1
z
KMnO
4
= ?
m(KMnO4) = 10,5 г
Решение
С целью нахождения фактора эквивалентности KМnO4 следует рассмотреть полуреакцию его восстановления, в которой принимают участие пять электронов:
z = 5,
1
z
=
1
5
.
24
Молярная масса эквивалента вещества равна
M
1
z
KMnO
4
=
1
z
∙ MKMnO
4
=
1
5
∙ 158 г/моль = 31,6 г/моль.
Молярная концентрация эквивалента раствора рассчитывается через массу растворенного вещества по формуле
C
1
z
KMnO
4
=
m(KMnO4)
M
1
z
KMnO
4
∙ V(KMnO
4
)
=
=
10,5 г
31,6 г/моль ∙ 0,200 л
= 1,66 моль/л.
Пример 3. Рассчитайте массу навески дихромата калия K2Cr2O7, не-
обходимую для приготовления 320 мл раствора с молярной концентрацией эквивалента, равной 0,450 моль/л.
Дано:
V(K2Cr2O7) = 320 мл
Найти:
m(K2Cr2O7) = ?
C
1
z
K2Cr2O
7
= 0,450 моль/л
Решение
Запишем уравнение полуреакции восстановления K2Cr2O7 (сильный окислитель) в ионном виде:
Cr2O
7
2−
+ 14Н+ + 6е− → 2Сr3+ + 7H2O.
В данном случае
fK2Cr2O
7
=
1
6
,
так как в полуреакции восстановления дихромат-иона участвуют шесть
электронов, поэтому молярная масса эквивалента K2Cr2O7 равна
M
1
z
K2Cr2O
7
=
1
6
∙ 294 г/моль = 49,0 г/моль.
Масса навески K2Cr2O7 рассчитывается по формуле
mK2Cr2O
7
= C
1
z
K2Cr2O
7
∙ M
1
z
K2Cr2O
7
∙ V
K2Cr2O
7
.
Подставив значения в приведенную формулу, рассчитаем массу
K2Cr2O7:
m(K2Cr2O7) = 0,450 моль/л ∙ 49,0 г/моль ∙ 0,320 л = 7,06 г.
25
2.4. Расчет массовой концентрация (титр а) раствора
2.48. Вычислите титр раствора хлорида натрия, если в 520 мл его
содержится 45,0 г основного вещества.
2.49. Вычислите титр раствора азотной кислоты, если в 648 мл его
содержится 32,5 г основного вещества.
2.50. Вычислите титр 350 мл раствора едкого натра, для приготовления которого была взята навеска NaOH массой 6,00 г, содержащая
98,6 % основного вещества.
2.51. Рассчитайте массовую концентрацию раствора сульфата
меди(II), для приготовления которого навеску CuSO4·5H2O массой
17,8 г растворили в 525 мл воды.
2.52. Рассчитайте массовую концентрацию раствора сульфата железа(II), для приготовления которого навеску FeSO4·7H2O массой 25,5 г
растворили в 400 мл воды.
2.53. Рассчитайте массу навески КОН, необходимую для приготов-
ления 100 мл раствора с массовой концентрацией 0,125 г/мл.
2.54. Рассчитайте массу навески хлорида натрия, необходимую для
приготовления 150 мл раствора с массовой концентрацией 0,0245 г/мл.
2.55. Вычислите массу навески гидроксида натрия, необходимую
для приготовления 525 мл раствора с массовой концентрацией 0,124 г/л.
2.56. Вычислите массу навески карбоната натрия, содержащую
0,950 % примесей, необходимую для приготовления 800 мл раствора
с массовой концентрацией 0,0115 г/мл.
2.57. Вычислите массу навески гидроксида натрия, содержащую
2,55 % примесей, необходимую для приготовления 400 мл раствора
с массовой концентрацией 0,124 г/мл.
Пояснения к заданиям 2.48–2.57
Массовая концентрация, или титр, Т(X), г/л, мг/мл, г/мл, мкг/мл,
показывает, какая масса вещества, г, мг, мкг, содержится в единице объема раствора V(X), л, мл:
ТХ =
m(X)
V(X)
.
Пример 1. Рассчитайте титр 350 мл раствора сульфата меди(II), со-
держащего 28,0 г CuSO4.
26
Дано:
V(CuSO4) = 350 мл
m(CuSO4) = 28,0 г
Найти:
T(CuSO4) = ?
Решение
Массовая концентрация (титр) раствора CuSO4 рассчитывается по
формуле
TCuSO
4
=
m(CuSO4)
V(CuSO4)
=
28,0 г
350 мл
= 8,00 ∙ 10
–2
г/мл
Пример 2. Рассчитайте массу навески хлорида калия, содержащую
5,22 % примесей, необходимую для приготовления 550 мл раствора
с массовой концентрацией 0,0425 г/мл.
Дано:
V(KCl) = 550 мл
T(KCl) = 0,0425 г/мл
(прим.) = 5,22 %
Найти:
m
нав
(KCl) = ?
Решение
Массовая концентрация (титр) раствора хлорида калия KCl рассчитывается по формуле
TKCl =
m(KCl)
V(KCl)
.
Преобразуем данную формулу относительно массы хлорида калия
и рассчитаем массу чистого (без примесей) вещества в растворе:
m(KCl) = T(KCl) ∙ V(KCl) = 0,0425 г/мл ∙ 550 мл = 23,4 г.
По условию задачи исходная навеска хлорида калия содержит
5,22 % примесей (т. е. 94,8 % чистого вещества), следовательно, ее
масса рассчитывается по формуле
m
нав
KCl =
mKCl ∙ 100 %
(KCl)
=
23,4 г ∙ 100 %
94,8 %
= 24,7 г.
2.5. Расчет массовой доли (процентн ой
концентрации) раствора
2.58. Вычислите массовую долю карбоната натрия в растворе, при-
готовленном путем растворения 1,80 г Na2CO3 в 250 мл воды.
2.59. Вычислите массовую долю хлорида бария в растворе, приго-
товленном путем растворения 3,60 г BaCl2 в 425 мл воды.
27
2.60. Вычислите массовую долю сульфата меди(II) в растворе, при-
готовленном путем растворения 1,80 г CuSO4·5H2O в 250 мл воды.
2.61. Вычислите массовую долю железа(II) в растворе, приготов-
ленном путем растворения 20,7 г соли FeSO4·7H2O в 200 мл воды.
2.62. Вычислите массовую долю щавелевой кислоты в растворе,
приготовленном путем растворения 30,9 г навески Н2С2О4·2H2O
в 360 мл воды.
2.63. Вычислите массовую доля аммиака в растворе, приготовленном
пропусканием 450 мл газообразного аммиака (н. у.) через 500 мл воды.
2.64. Вычислите массовую доля сероводорода в растворе, приготов-
ленным пропусканием 1,25 л газообразного H2S (н. у.) через 435 мл воды.
2.65. Рассчитайте объем сероводорода H2S (н. у.), который необхо-
димо пропустить через воду для приготовления 250 г раствора сероводородной кислоты с массовой долей ω(H2S) = 0,300 %.
2.66. Вычислите массу навески перманганата калия KMnO4, необ-
ходимую для приготовления 255 г раствора с массовой долей KMnO4
7,25 %.
2.67. Вычислите массу навески карбоната натрия, необходимую
для приготовления 150 г раствора с массовой долей основного вещества
11,5 %.
Пояснения к заданиям 2.58–2.67
Доля компонента означает отношение числа его единиц к общему
числу единиц анализируемого объекта. В большинстве случаев она рассчитывается в процентах, показывающих количество частей определяемого компонента, приходящихся на 100 частей анализируемого объекта.
Массовая доля (Х) показывает отношение массы определяемого
вещества, содержащегося в анализируемом объекте, кг, г, мг, к общей
массе анализируемого объекта, кг, г, мг:
X =
m(X)
m(общ.)
∙ 100 %.
Объемная доля (Х) показывает отношение объема определяемого
вещества, содержащегося в анализируемом объекте (л, мл), к общему
объему анализируемого объекта (л, мл):
Х =
V(X)
V(общ.)
∙ 100 %.
28
Мольная доля (Х) показывает отношение количества определяемого вещества (моль), содержащегося в анализируемом объекте, к общему количеству молей в анализируемом объекте:
Х =
n(X)
n(общ.)
∙ 100 %.
Пример 1. Для анализа взята навеска глауберовой соли
Na2SO4∙10H2O массой 245 г. Рассчитайте массовую долю сульфата
натрия, содержащегося в данной навеске.
Дано:
m(Na2SO4∙10H2O) = 245 г
Найти:
(Na2SO4) = ?
Решение
Массовая доля Na2SO4 в глауберовой соли рассчитывается по формуле
Na2SO
4
=
m(Na2SO4)
m(Na2SO4∙10H2O)
∙ 100 %.
Принимая во внимание, что
n(Na2SO4) = n(Na2SO4∙10H2O),
выразим количество веществ через их массу и подставим в предыдущее
выражение:
nNa2SO
4
=
m(Na2SO4)
M(Na2SO4)
,
nNa2SO4∙10H2O =
m(Na2SO4∙10H2O)
M(Na2SO4∙10H2O)
,
m(Na2SO4)
M(Na2SO4)
=
m(Na2SO4∙10H2O)
M(Na2SO4∙10H2O)
.
Отсюда
mNa2SO
4
= MNa2SO
4
∙
m(Na2SO4∙10H2O)
M(Na2SO4∙10H2O)
=
= 142 г/моль ∙
245 г
322 г/моль
= 108 г.
Массовая доля сульфата натрия в глауберовой соли составляет
Na2SO
4
=
108 г
245 г
∙ 100 % = 44,1 %.
29
Пример 2. Рассчитайте массу навески нитрата калия, необходимую
для приготовления 555 г раствора с массовой долей KNO3 13,5 %.
Дано:
m
р-ра
(KNO3) = 555 г
(KNO3) = 13,5 %
Найти:
m(KNO3) = ?
Решение
Массовая доля KNO3 в растворе рассчитывается по формуле
KNO
3
=
m(KNO3)
m
р-ра
(KNO3)
∙ 100 %.
Отсюда
mKNO
3
=
KNO
3
∙m
р-ра
(KNO3)
100 %
=
13,5 % ∙ 555 г
100 %
= 74,9 г.
Пример 3. Рассчитайте массовую долю аммиака в растворе, приготовленного пропусканием 720 мл газообразного аммиака (н. у.) через
600 мл воды.
Дано:
V(NH3) = 720 мл
V(H2O) = 600 мл
Найти:
(NН3) = ?
Решение
Массовая доля аммиака в растворе рассчитывается по формуле
NН
3
=
m(NН3)
m
р-ра
(NН3)
∙ 100 %.
Рассчитаем количество и массу аммиака в растворе:
nNH
3
=
V(NH3)
V
m
=
0,720 л
22,4 л/моль
= 0,0321 моль.
m(NH3) = n(NH3) ∙ M(NH3) = 0,0321 моль ∙ 17,0 г/моль = 0,546 г.
С учетом того что масса воды численного равна объему (плотность
воды (H2O) = 1,00 г/см3), масса полученного раствора составляет
m
р-ра
(NH3) = m(H2O) + m(NH3) = 600 г + 0,546 г = 600,546 г.
Массовая доля аммиака NН3 в растворе равна
NН
3
=
m(NН3)
m
р-ра
(NН3)
∙ 100 % =
0,546 г
600,546 г
∙ 100 % = 0,0909 %.
30
Пример. Рассчитайте объем сероводорода H2S (н. у.), необходимый
для приготовления 350 г раствора сероводородной кислоты с массовой
долей ω(H2S) = 3,35 %.
Дано:
(H2S) = 3,35 %
m
р-ра(H2
S) = 350 г
Найти:
V(H2S) = ?
Решение
Массовая доля H2S в растворе рассчитывается по формуле
H2S =
m(H2S)
m
р-ра
(H2S)
∙ 100 %.
Отсюда
mH2S
=
H2S
∙m
р-ра
(H2S)
100 %
=
3,35 % ∙ 350 г
100 %
= 11,7 г.
Рассчитаем количество и объем H2S в растворе:
nH2S =
m(H2S)
M(H2S)
=
11,7 г
34,0 г/моль
= 0,344 моль.
V(H2S) = n(H2S) ∙ Vm = 0,344 моль ∙ 22,4 л/моль = 7,71 л.
2.6. Пересчет одной концентрации вещества в другую
2.6.1. Взаимосвязь молярной концентрации
и молярной концентр ации эквивалента ве щества
2.68. Рассчитайте молярную концентрацию эквивалента раствора
серной кислоты, если молярная концентрация данного раствора составляет 0,1020 моль/л.
2.69. Рассчитайте молярную концентрацию раствора серной кислоты, если молярная концентрация эквивалента данного раствора составляет 0,09800 моль/л.
2.70. Вычислите молярную концентрацию эквивалента раствора
хлороводородной кислоты, если молярная концентрация данного раствора составляет 0,1264 моль/л.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]