Химия для чайников с нуля, основы химии | HIMI4KA
Oтзывы и предложения

Урок 17. Реакция нейтрализации

Нравится4

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»

Реакция нейтрализации

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- → H2

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:

Реагент Молекулярная масса, г/моль Грамм-эквивалент, г/экв
Азотная кислота, HNO3 63,01 63,01 / 1 = 63,01
Гидроксид бария, Ba(OH)2 171,34 171,34 / 2 = 85,67

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.

Нормальная концентрация

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. Если вопросов нет, то переходите к урок 18 «Кислотно-основное титрование».

Комментарии 0   Просмотров 2 203
Понравился урок? 4Нравится
Ваш комментарий: