Как найти объем для нейтрализации раствора

Решение задач по хими на расчёт объем раствора щелочи, необходимиго для нейтрализации раствора кислоты

 Задача 2
Сколько миллилитров раствора NH₄OH с массовой долей w% = 10,4 (%) и плотностью p =0,956 (г/мл) потребуется для нейтрализации раствора H₂SO₄, содержащего массу m =1,47 г растворенного вещества?
Решение:
Уравнение реакции нейтрализации:

    х г                1,47 г
  2NH4OH  +   H₂SO₄     =  (NH₄)₂SO₄    +    2Н₂О
     34 г             98 г

 Рассчитаем массу NH₄OH, которая необходима для нейтрализации  1,47 г H₂SO₄ из пропорции:

       х г                1,47 г
       34 г                98 г;     х = 34 * 1,47/98 = 0,51г.

Рассчитаем массу 1 л раствора NH₄OH:

  m(р-ра NH₄OH) =  1000 мл  • 0,956 г/мл = 956 г.

Тогда масса растворенного NH4OH в 1л раствора будет составлять:

                           m(р-ра NH4OH) • w%
       m(NH4OH) = ——————————     =   95,6г
                                            100

Находим объем раствора NH₄OH, взятого для нейтрализации раствора H₂SO₄:

  96,5 г  ————-  1000 мл

  0,51 7  ————   х мл;   х = 0,51 • 1000/96,5  = 5,28 мл или 5,3 мл.

 Ответ:  V = 5,3 мл.

Отношение количества
или массы вещества, содержащегося в
системе, к объему или массе этой системы
называется концентрацией.

Рассмотрим несколько
способов выражения концентрации.

Процентная
концентрация
(массовая доля растворенного вещества)
(ω) показывает, сколько единиц массы
растворенного вещества содержится в
100 единицах массы раствора. Массовая
доля – безразмерная величина, ее выражают
в долях единицы или процентах:

,

где ω – массовая
доля (%) растворенного вещества; m₁
– масса растворенного вещества, г; m
– масса раствора, г.

Масса раствора
равна произведению объема раствора V
(мл) на его плотность r
(г/см³):

,
тогда
.

Молярная
концентрация (молярность)
раствора – показывает, сколько молей
растворенного вещества содержится в
1л раствора.

Молярную концентрацию
(моль на литр) выражают формулой

,

где m₁
– масса растворенного вещества, г; М –
молярная масса растворенного вещества,
г/моль; V
– объем раствора, л.

Количество вещества
в молях определяется по формуле:

n
= m₁
/М, тогда

Нормальная
концентрация (нормальность раствора)
показывает, сколько грамм-эквивалентов
растворенного вещества содержится в 1
л раствора (моль на литр):

,

где m₁
– масса растворенного вещества, г; V
– объем раствора, л.

Э – эквивалентная
масса растворенного вещества (г/моль),
которую рассчитывают по формуле:

Э=(г/моль),

где М – мольная
масса вещества, n
– количество катионов (анионов), В
– валентность. Валентность – это
способность атомов элемента присоединять
определенное число атомов другого
элемента. Эквивалент кислоты можно
определить по формуле: Э = М (кислоты)
/ основность (число атомов водорода).

Например: Э
Н₂SO₄==49г/моль;
эквивалент основания по формуле: Э = М
(основания) / кислотность (число ОН^–
групп), так Э
Fe(OH)₃==35,6г/моль;
эквивалент соли по формуле: Э = М(соли)
/ число атомов металла * валентность
металла,

Э Al₂(SO₄)₃==114г/моль.

Моляльность
раствора С_m
показывает
количество растворенного вещества,
находящееся в 1 кг растворителя:

,

где m₂
– масса растворителя, кг; n
– количество растворенного вещества,
моль.

Пример
1.
Вычислить молярность и нормальность
40 %-го раствора фосфорной кислоты,
плотность которого 1,25 г/см³.
Объем раствора 1л.

Решение.
Для расчета молярности и нормальности
раствора найдем массу фосфорной кислоты
в 1 л (1000 мл) 40 %-го раствора:

w
= m₁
· 100/V
∙ r;

.Молярная
масса Н₃РO₄
равна 98 г/моль, следовательно,
=
500/98 = 5,1 моль/л.

Молярная
масса эквивалента Н₃РO₄
равна 98/3 = 32,7 г/моль.

Тогда
С_Н
= 500/32,7 =
1,53 моль/л.

Пример
2.
Вычислить
массовую долю КОН в 2н. растворе, плотность
которого 1,08 г/см³.

Решение.
Поскольку
нормальность рассчитывается на 1 л
раст­вора, найдем массу растворенного
вещества в 1 л:

С_Н=
m₁/Э∙V;

Э_KOH
= 56 г/моль;

m_КОН=2∙56∙1=112
г.

Теперь
вычислим массовую доли КОН в растворе,
содержащем 112
г
гидроксида калия:

w=
m₁∙100/V∙r=112∙100/1000∙1,08=10,4
%.

Пример 3.
На нейтрализацию 50 см³
раствора кислоты израсходовано 25 см³
0,5 н. раствора щелочи. Чему равна молярная
концентрация эквивалентов кислоты?

Решение.
Так как вещества взаимодействуют между
собой в эквивалентных соотношениях, то
растворы равной молярной концентрации
эквивалентов реагируют в равных объемах.
При разных молярных концентрациях
эквивалентов объемы растворов реагирующих
веществ обратно пропорциональны их
нормальностям, т.е.

V₁:
V₂
= С₂
: С₁
или V_1∙
С₁
= V_2
∙
С₂

50С₁
= 25 • 0,5; откуда С₁
= 25 • 0,5 / 50 = 0,25н.

Задание:
решить следующие задачи, принимая объем
раствора равным
1 л:

Задание: решить
следующие задачи

Соседние файлы в папке му по химии

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

В уроке 17 «Реакция нейтрализации» из курса «Химия для чайников» рассмотрим процесс нейтрализации, а также понятия химический эквивалент вещества и грамм-эквивалент; кроме того научимся вычислять нормальную концентрацию раствора. С реакцией нейтрализации тесно связаны понятия «кислота» и «основание», поэтому настоятельно рекомендую подробно изучить урок 16 «Кислоты и основания»

Нейтрализация

Важным свойством кислот и оснований является их способность образовывать в растворе ионы H+ и OH-, которые могут атаковать другие имеющиеся там молекулы и вызывать химические превращения, с трудом или медленно протекающие в их отсутствии. Когда кислоты и основания реагируют друг с другом, ионы H⁺ и OH^— соединяются, образуя молекулы воды. Этот процесс называется нейтрализацией:

• H⁺ + OH^— → H₂O

Химический эквивалент

С реакцией нейтрализации тесно связано процедура кислотно-основного титрования. Грубо говоря, титрование — это способ определения имеющегося количества кислоты или основания в растворе, путем измерения количества основания или кислоты с заданной концентрацией необходимого для полной нейтрализации имеющегося реагента. При титровании пользуются понятием химический эквивалент.

Химический эквивалент кислоты — количество кислоты, которое при нейтрализации основания высвобождает 1 моль ионов H+.

Химический эквивалент основания — количество основания, которое при нейтрализации основания высвобождает 1 моль ионов OH—.

Полная нейтрализация происходит в том случае, если в реакцию вступают одинаковые количества химических эквивалентов кислоты и основания.

Грамм-эквивалент — это масса кислоты (или основания) в граммах, которая образует 1 моль ионов H⁺ (или OH^—)

Для кислот, способных высвобождать 1 ион H⁺ на молекулу, как, например, HCl или HNO₃, химический эквивалент представляет собой то же самое количество вещества, что и моль, а 1 грамм-эквивалент — то же самое, что и молекулярная масса. Однако поскольку H₂SO₄ способна высвобождать два иона H⁺ на молекулу, 1 молю H₂SO₄ соответствуют два эквивалента, и поэтому в реакциях кислотно-основной нейтрализации грамм-эквивалент серной кислоты равен половине ее молекулярной массы. Грамм-эквивалент фосфорной кислоты H₃PO₄, т.е. такая ее масса в граммах, которая образует 1 моль ионов H⁺, равен 1/3 молекулярной массы этой кислоты. Точно так же для NaOH, KOH и NH₃, молекулярные массы совпадают с грамм-эквивалентами этих веществ, но грамм-эквивалент Ca(OH)₂ равен половине его молекулярной массы.

В удобстве использования понятий химического эквивалента и грамм-эквивалента можно убедиться при рассмотрении нейтрализации фосфорной кислоты гидроксидом магния:

Рассмотрим решение конкретной задачи по химическим эквивалентам и грамм-эквивалентам:

Пример 1. Используя метод эквивалентов, найдите число граммов HNO₃ необходимо для нейтрализации 100,0 г Ba(OH)₂.

Решение:

Первым делом выпишем молекулярные массы и грамм-эквиваленты для HNO3 и Ba(OH)2:

Отлично! Теперь найдем сколько химических эквивалентов гидроксида бария содержится в 100,0 г:

• 100,0 г / 85,67 г/экв = 1,167 экв Ba(OH)₂

В начале урока мы говорили, что полная нейтрализация получается, когда в реакцию вступают одинаковые количества химических эквивалентов кислоты и основания. Поэтому для нейтрализации 1,167 экв Ba(OH)₂ потребуется 1,167 экв HNO₃:

• 1,167 экв × 63,01 г/экв = 73,53 г HNO₃

Ответ получен! Кстати, данную задачу можно решить по другому, используя полное уравнение реакции:

• 2HNO₃ + Ba(OH)₂ → Ba(NO₃)₂ + 2H₂O

Число моль Ba(OH)₂, вступающего в реакцию, равно:

• 100,0 г / 171,3 г/моль = 0,5838 моля Ba(OH)₂

Из полного уравнения реакции следует, что в ней должно принять участие вдвое большее молярное количество азотной кислоты, чем гидроксида бария:

• 0,5838 моля × 2 = 1,167 моля HNO₃

А в граммах это составит:

• 1,167 моля × 63,01 г/моль = 73,53 г HNO₃

Ответы совпадают, т.е оба метода решения верны, однако метод эквивалентов позволяет обойтись без использования полного уравнения реакции.

Нормальная концентрация

Нормальная концентрация, или нормальность раствора (н.) показывает, сколько эквивалентов вещества содержится в 1 л его раствора. Например, по аналогии с молярной концентрацией, 1,00 М раствор H₃PO₄ имеет нормальность 3,00 н, а 0,010 М раствор Mg(OH)₂ имеет нормальность 0,020 н.

Пример 2. Определите молярность и нормальность 500 мл раствора, полученного при растворении в воде 4,00 г NaOH.

Решение:

По таблице Менделеева находим молекулярную массу гидроксида натрия, она равна 40,0 г/моль. В нашем распоряжении ровно 4,00 г NaOH, и в них содержится:

• 4,00 г / 40,0 г/моль = 0,100 моля NaOH

Нам уже известно, что молярная концентрация представляет собой отношение числа моль растворенного вещества на общий объем раствора, следовательно молярность раствора гидроксида натрия равна:

• 0,100 моля NaOH / 0,500 л раствора = 0,200 моль/л, или 0,2 М NaOH

В данном случае молярность раствора совпадает с его нормальностью, поскольку каждый моль гидроксида натрия дает 1 эквивалент OH— ионов. Следовательно нормальность полученного раствора равна также 0,200 н.

Пример 3. В 750 мл раствора содержится 10,0 г серной кислоты H₂SO₄. Определите молярность и нормальность данного раствора.

Решение:

• 10,0 г / 98,1 г/моль = 0,102 моля серной кислоты
• 0,102 моля / 0,750 л = 0,136 М раствор серной кислоты

Поскольку каждый моль серной кислоты высвобождает 2 эквивалента ионов H⁺, полученный раствор серной кислоты имеет нормальность, равную 2·0,136=0,272 н., т.е. представляет собой 0,272 н. раствора H₂SO₄.

Надеюсь урок 17 «Реакция нейтрализации» был познавательным и понятным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.