Количественный анализ. Объемные и гравиметрические методы. Теория химических методов анализа. Танганов Б.Б. - 84 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ВСГУТУ | Улан-Удэ

Составители: 

Рубрика: 

167
1 стадия. Составление химических уравнений
CaC
2
O
4
(тв) ↔ Ca
2+
+ C
2
O
4
2-
Поскольку H
2
C
2
O
4
- слабая кислота, оксалат-ионы
частично связываются с ионами водорода, добавленными
для создания указанной кислотности:
C
2
O
4
2-
+ H
3
O
+
↔ HC
2
O
4
-
+ H
2
O, (5.1)
HC
2
O
4
-
+ H
3
O
+
↔ H
2
C
2
O
4
+ H
2
O. (5.2)
2 стадия. Установление неизвестных. Что, собст-
венно, нужно найти? Мы хотим определить растворимость
CaC
2
O
4
(Р) в моль/л. Поскольку CaC
2
O
4
- ионное соедине-
ние, его концентрация равна концентрации ионов кальция,
а также сумме равновесных концентраций различных форм
оксалата:
Р = [Ca
2+
] = [C
2
O
4
2-
] + [HC
2
O
4
-
] + [H
2
C
2
O
4
].
Значит, если мы сможем рассчитать какую-либо из
этих величин, мы решим задачу.
3 стадия. Выражения для констант равновесия.
ПР = [Ca
2+
][ C
2
O
4
2-
] = 2.3⋅10
-9
(5.3)
Уравнение (5.1) легко представить как реакцию дис-
социации HC
2
O
4
-
. Следовательно, для связи между [C
2
O
4
2-
] и [HC
2
O
4
-
] можно использовать значение К
2
щавелевой ки-
слоты:
К
2
= [H
3
O
+
][C
2
O
4
2-
]/[ HC
2
O
4
-
] = 5.42⋅10
-5
(5.4)
Аналогично для уравнения (111)
К
1
=[ H
3
O
+
][ HC
2
O
4
-
]/[H
2
C
2
O
4
] = 5.36⋅10
-2
(5.5)
4 стадия. Составление уравнений материального
баланса. Единственным источником Са
2+
и различных форм
оксалата является растворенный СаC
2
O
4
, поэтому
[Са
2+
] = [C
2
O
4
2-
]+ [HC
2
O
4
-
] + [H
2
C
2
O
4
] (5.6)
Кроме того, по условию задачи при равновесии
[H
3
O
+
] = 1.0⋅10
-4
моль/л.
5 стадия. Составление уравнений электроней-
траль-ности. Для этой системы уравнение электроней-
тральности написать нельзя, так как для создания [H
3
O
+
] =
168
1.0⋅10
-4
моль/л было добавлено некоторое количество неиз-
вестной кислоты НХ. Уравнение, основанное на условии
электронейтральности раствора, должно было бы включать
концентрацию аниона неизвестной кислоты. Оказывается,
составление такого уравнения, содержащего это дополни-
тельное, вообще не обязательно.
6 стадия. Сравнение числа уравнений и неизвест-
ных. Имеется 4 неизвестных: [Ca
2+
], [C
2
O
4
2-
], [HC
2
O
4
-
] и
[H
2
C
2
O
4
]. Также имеется 4 независимых алгебраических со-
отношения: уравнения (5.3), (5.4), (5.5) и (5.6). Поэтому в
принципе точное решение возможно, и задача сводится к
решению системы из 4-х уравнений относительно четырех
неизвестных и получить точное решение.
7 стадия. Иное решение уравнений. Удобным спо-
собом решения являются соответствующие подстановки в
уравнение (5.6), с тем, чтобы связать [Ca
2+
],[C
2
O
4
2-
]. Сна-
чала мы должны выразить[HC
2
O
4
-
] и [H
2
C
2
O
4
] через [C
2
O
4
2-
]. Подставим в уравнение (5.4) значение [H
3
O
+
] = 1.0⋅10
-4
моль/л:
(1.0⋅10
-4
)[C
2
O
4
2-
]/[HC
2
O
4
-
] = 5.42⋅10
-5
.
Отсюда
[C
2
O
4
2-
] = (1.0⋅10
-4
)[C
2
O
4
2-
]/5.42⋅10
-5
= 1.84⋅[ C
2
O
4
2-
].
Подставив полученные соотношения и концентрацию
ионов водорода в уравнение (5.5), получим
(1.0⋅10
-4
)⋅1.84⋅[ C
2
O
4
2-
]/[H
2
C
2
O
4
] = 5.36⋅10
-2
.
Тогда
[H
2
C
2
O
4
] = (1.0⋅10
-4
) ⋅1.84⋅[C
2
O
4
2-
]/5.36⋅10
-2
=0.0034⋅[C
2
O
4
2-
].
Найденные значения [H
2
C
2
O
4
] и [HC
2
O
4
-
] подставим в
уравнение (5.6):
[Ca
2+
] = [C
2
O
4
2-
]+1.84⋅[C
2
O
4
2-
]+ 0.0034⋅[C
2
O
4
2-
][C
2
O
4
2-
] = =
2.84⋅[C
2
O
4
2-
],
или
[C
2
O
4
2-
] = [Ca
2+
] /2.84
Подставив [C
2
O
4
2-
] в уравнение (5.3): 
                             167                                                               168


      1 стадия. Составление химических уравнений                 1.0⋅10-4 моль/л было добавлено некоторое количество неиз-
                   CaC2O4(тв) ↔ Ca2+ + C2O42-                    вестной кислоты НХ. Уравнение, основанное на условии
      Поскольку H2C2O4 - слабая кислота, оксалат-ионы            электронейтральности раствора, должно было бы включать
частично связываются с ионами водорода, добавленными             концентрацию аниона неизвестной кислоты. Оказывается,
для создания указанной кислотности:                              составление такого уравнения, содержащего это дополни-
              C2O42- + H3O+ ↔ HC2O4- + H2O,           (5.1)      тельное, вообще не обязательно.
             HC2O4- + H3O+ ↔ H2C2O4 + H2O.           (5.2)             6 стадия. Сравнение числа уравнений и неизвест-
       2 стадия. Установление неизвестных. Что, собст-           ных. Имеется 4 неизвестных: [Ca2+], [C2O42-], [HC2O4-] и
венно, нужно найти? Мы хотим определить растворимость            [H2C2O4]. Также имеется 4 независимых алгебраических со-
CaC2O4 (Р) в моль/л. Поскольку CaC2O4 - ионное соедине-          отношения: уравнения (5.3), (5.4), (5.5) и (5.6). Поэтому в
ние, его концентрация равна концентрации ионов кальция,          принципе точное решение возможно, и задача сводится к
а также сумме равновесных концентраций различных форм            решению системы из 4-х уравнений относительно четырех
оксалата:                                                        неизвестных и получить точное решение.
          Р = [Ca2+] = [C2O42- ] + [HC2O4-] + [H2C2O4].                7 стадия. Иное решение уравнений. Удобным спо-
      Значит, если мы сможем рассчитать какую-либо из            собом решения являются соответствующие подстановки в
этих величин, мы решим задачу.                                   уравнение (5.6), с тем, чтобы связать [Ca2+],[C2O42-]. Сна-
      3 стадия. Выражения для констант равновесия.               чала мы должны выразить[HC2O4-] и [H2C2O4] через [C2O42-
                ПР = [Ca2+][ C2O42- ] = 2.3⋅10-9      (5.3)      ]. Подставим в уравнение (5.4) значение [H3O+] = 1.0⋅10-4
      Уравнение (5.1) легко представить как реакцию дис-         моль/л:
социации HC2O4-. Следовательно, для связи между [C2O42-                         (1.0⋅10-4)[C2O42-]/[HC2O4-] = 5.42⋅10-5.
] и [HC2O4-] можно использовать значение К2 щавелевой ки-        Отсюда
слоты:                                                                  [C2O42-] = (1.0⋅10-4)[C2O42-]/5.42⋅10-5 = 1.84⋅[ C2O42-].
          К2 = [H3O+][C2O42- ]/[ HC2O4-] = 5.42⋅10-5     (5.4)         Подставив полученные соотношения и концентрацию
      Аналогично для уравнения (111)                             ионов водорода в уравнение (5.5), получим
          К1=[ H3O+][ HC2O4-]/[H2C2O4] = 5.36⋅10-2      (5.5)                (1.0⋅10-4)⋅1.84⋅[ C2O42-]/[H2C2O4] = 5.36⋅10-2 .
       4 стадия. Составление уравнений материального                   Тогда
баланса. Единственным источником Са2+ и различных форм           [H2C2O4] = (1.0⋅10-4) ⋅1.84⋅[C2O42-]/5.36⋅10-2=0.0034⋅[C2O42-].
оксалата является растворенный СаC2O4, поэтому                         Найденные значения [H2C2O4] и [HC2O4-] подставим в
           [Са2+] = [C2O42- ]+ [HC2O4-] + [H2C2O4]      (5.6)    уравнение (5.6):
      Кроме того, по условию задачи при равновесии                [Ca2+] = [C2O42-]+1.84⋅[C2O42-]+ 0.0034⋅[C2O42-][C2O42-] = =
                      [H3O+] = 1.0⋅10-4 моль/л.                                             2.84⋅[C2O42-],
      5 стадия. Составление уравнений электроней-                или
траль-ности. Для этой системы уравнение электроней-                                     [C2O42-] = [Ca2+] /2.84
тральности написать нельзя, так как для создания [H3O+] =              Подставив [C2O42-] в уравнение (5.3):

Страницы