ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ: КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

ВВЕДЕНИЕ В КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Химическими методами анализа называются методы, в которых аналитический сигнал возникает в результате протекания химической реакции

где X — определяемый компонент; R — реагент; Р — продукты реакции.

Количественный анализ дает информацию о количественном содержании всех или отдельных компонентов (а также их соотношениях) в составе анализируемого объекта.

Основные термины и определения

Количество — величина, пропорциональная числу элементарных объектов. Элементарный объект — реальный объект или условно выделенный объект (молекула, эквивалент, ион, протон и т.д.).

Единицей количества вещества является моль. Обозначают эту величину п (X), где X — химическая формула элементарного объекта. На практике достаточно часто используют и дольную единицу — миллимоль (ммоль), равную 1 • 10_3 моля.

Моль — количество вещества, содержащее столько частиц, сколько их содержится в 0,012 кг изотопа |2С. Один моль любого вещества содержит 6,022 • 1023 частиц {NA, число Авогадро).

Пример

Сколько частиц содержится в 1 • 10“6 моля протонов?

Количество вещества — п(Н+) = 1 • 10_6 моля. Каждый моль вещества

содержит Na = 6,022 • 1023 частиц, т.е. число протонов, которые содержатся в 1 • 10“6 моля, составит

Масса единицы количества вещества (1 моля) называется молярной массой, обозначается через М(Х), обычно имеет размерность г/моль или мг/ммоль и численно равна относительной молекулярной массе.

Молярная масса определяется как отношение массы вещества т(Х) к его количеству п{Х)

Формула (4.2) позволяет вычислить количество вещества, если известна его масса, и наоборот — рассчитать массу, если известно количество вещества.

В основе проведения всех количественных расчетов лежит принцип (закон) эквивалентности или эквивалентных соотношений,

в соответствии с которым химические элементы и их соединения реагируют друг с другом в строго определенных массовых соотношениях в соответствии с их эквивалентами.

В системе СИ под эквивалентом понимают некую реальную или условную частицу, которая может присоединять, высвобождать или быть каким-либо другим образом эквивалентной одному иону водорода (в кислотно-основных реакциях) или одному электрону (в окислительно-восстановительных реакциях). Эквиваленты веществ не являются постоянными, они зависят от химической реакции, в которой участвуют эти вещества.

В общем случае обозначение химического эквивалента для неко-

(

торого вещества X записывают в виде — X , где z численно равно

U

числу протонов или электронов, участвующих в реакции с веществом

(

Л1, а величину — =/ называют фактором эквивалентности (число,

zj

показывающее, какая доля реальной частицы эквивалентна одному протону или одному электрону).

Используя введенные обозначения, закон эквивалентов или эквивалентных соотношений можно выразить в виде математического уравнения

( (

где тX и пR количество молей — эквивалентов опреде-

U ) Z2 ;

ляемого вещества (X) и реагента (/?), соответственно.

( Л

Молярная масса эквивалента М —X связана с молярной массой

U

вещества соотношением

В реакциях кислотно-основного взаимодействия фактор эквивалентности рассчитывают исходя из количества протонов (г), участвующих в реакции с рассматриваемым веществом.

Примеры

  • 1. Для реакции Н3Р04 + NaOH = NaH9P04 + Н,0 фактор эквивалент-
  • (

ности Н3Р04 равен единице: - = 1, поскольку в молекуле фосфорной

zj

кислоты ионом натрия замещается один протон (z = 1)- Молярная масса эквивалента Н3Р04 равна

М(Н3Р04) = М(Н3Р04) = 97,99 г/моль.

  • 2. Для реакции Н3Р04 + 2NaOH = Na-,HP04 + 2Н,0 фактор эквива-
  • (П 1

лентности Н3Р04 составляет - = так как замещаются два протона

z) 2

фосфорной кислоты. Молярная масса эквивалента Н3Р04 равна Д/(^Н3Р04) = ^Д/(Н3Р04) = ^97,99 = 48,98 г/моль.

3. Для реакции Н3Р04 + 3NaOH = Na3P04 + ЗН70 фактор эквивалент-

fh 1

ности Н,РО, составляет - = -, так как замещаются три протона фос-

Uy з

форной кислоты. Молярная масса эквивалента Н3Р04 равна Д/(^Н3Р04) = ^М(Н3Р04) = ^97,99 = 32,66 г/моль.

4. Для реакции H2S04 + 2NaOH = Na2S04 + 2Н,0 фактор эквивалентности H-,S04 равен Молярная масса эквивалента H-,S04 равна

A7(^H2S04) = -M(H2S04) = -98,08 = 49,04 г/моль.

В окислительно-восстановительных реакциях фактор эквивалентности вещества определяется числом электронов (z), участвующих в полуреакции.

Пример. 5Fe2+ + MnO“ + 8Н+ = 5Fe3+ + Мп2+ + 4Н20.

Полуреакции:

Фактор эквивалентности иона железа равен единице: ( — =1, так как

J

в полуреакции участвует один электрон (z= 1). Молярная масса эквивалента железа составляет М{ Fe) = А/(Fe) = 55,85 г/моль.

Фактор эквивалентности перманганат-иона и, соответственно, КМп04 /П 1

равен одной пятой: — = -, поскольку в полуреакции один ион Мп04

j 5

принимает пять электронов. Отсюда молярная масса эквивалента перманганата калия будет равна

Вопросы для самоконтроля к подразделу 4.1.1

  • 1. Расскажите о количественном химическом анализе.
  • 2. Дайте определения понятий: количество вещества, единица количества вещества, моль вещества, молярная масса вещества. Каким образом взаимосвязаны количество вещества и его масса?
  • 3. В чем состоит сущность принципа (закона) эквивалентности или эквивалентных соотношений ?
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >