Количественный химический анализ

Теоретические основы количественного химического анализа. Требования к химическим реакциям. Химический эквивалент вещества. Понятие химического равновесия и законы действующих масс

В основе количественного химического анализа лежит химическая реакция между определяемым веществом и веществом реагентом.

К химическим реакциям, применяемым в этом анализе, предъявляют следующие требования:

1) реакция должна протекать достаточно быстро и быть практически необратимой;

2) вещества, вступившие в реакцию, должны реагировать в строго определенных количественных соотношениях, т.е. реакция должна быть стехиометрической и не сопровождаться побочными реакциями;

3) в результате реакции должны получаться соединения с определенным молекулярным составом;

4) на ход реакции не должны оказывать влияние примеси, присутствующие в анализируемом веществе;

5) реакция должна позволять достаточно просто устанавливать момент ее окончания, а также массу продукта реакции или объем раствора реагента, затраченный на ее проведение.

Понятие эквивалента вещества является особенно важным для КХА, так как закон эквивалентов служит основой для расчета результатов титриметрического анализа.

Эквивалентом вещества Х называется такая его реальная или условная частица, которая в кислотно-основных реакциях отдает, присоединяет или каким-либо другим способом эквивалентна одному протону (Н⁺ - иону), а в окислительно-восстановительных реакциях - одному электрону. Например, в кислотно-основной реакции

Н₂ С₂ 0₄ + 2КОН = К₂ С₂ О₄ + 2Н₂ О

эквивалент щавелевой кислоты (Н₂ С₂ 0₄ ) можно определить из пропорции:

1 молекулаН₂ С₂ 0₄ отдает 2 Н⁺ - иона

f часть молекулы Н₂ С₂ 0₄ отдает 1 Н⁺ - ион (по определению эквивалента)f = (1^ 1)/2 = 1/2,

т.е. одному иону H⁺ в этой реакции эквивалентна 1/2 часть молекулы Н₂ С₂ 0₄ , которая является эквивалентом щавелевой кислоты. Эту эквивалентность записывают в виде Э (Н₂ С₂ 0₄ ) = 1/2Н₂ С₂ 0₄ . Аналогично рассуждая (обычно мысленно), можно получить для КОН: Э (КОН) = КОН.

Например, в окислительно-восстановительной реакции:

5Н₂ С₂ 0₄ + 2КМnО₄ + 3Н₂ SО₄ = 10СО₂ + 2МnSО₄ + К₂ SО₄ +8Н₂ О,

которую методом ионно-электронного баланса уравнивают с помощью полуреакций

МnО₄ ^- + 8Н⁺ + 5е^-  Мn²⁺ + 4Н₂ О 2

С₂ 0₄ ^2- + 2е^-  2СО₂ 5 ,

из полуреакции видно, что 1 ион МnО₄ ^- присоединяет 5е^-

f часть иона присоединяет 1е^-

(по определению эквивалента),

следовательно, f = (1^ 1)/5=1/5, т.е. в этой реакции одному электрону эквивалентна 1/5 иона МnО₄ ^- , которая и является его эквивалентом: Э (МnО₄ ^- ) = 1/5 МnО₄ ^- .

Поскольку из химической формулы КМnО₄ следует, что в одной молекуле перманганата калия содержится один перманганат-ион, то Э (КМnО₄ ) = 1/5КМnО₄ . Аналогично рассуждая в отношении Н₂ С₂ 0_{4 ,} получим: Э (Н₂ С₂ 0₄ ) = 1/2Н₂ С₂ 0₄ .

Понятие эквивалента вещества относится только к конкретной химической реакции, без указания которой оно теряет смысл, так как в других реакциях вещество может иметь другие эквиваленты.

Например, в реакции Н₂ С₂ 0₄ + КОН = КНС₂ О₄ + Н₂ О эквивалентом Н₂ С₂ 0₄ является не половина, а целая молекула Н₂ С₂ 0₄ , т.е. Э (Н₂ С₂ 0₄ ) = Н₂ С₂ 0₄ .

Существует формальный прием определения эквивалентов веществ в реакциях, в соответствии с которым для определения эквивалента все стехиометрические коэффициенты в реакции следует сделать меньше или равными единице, разделив их на число, являющееся наименьшим кратным этих коэффициентов. В ОВР коэффициент перед средой не стоит брать во внимание.

Например, разделив в первом примере стехиометрические коэффициенты на два, получим.

1/2Н₂ С₂ 0₄ + КОН = 1/2К₂ С₂ О₄ + Н₂ О,

экв-т экв-тэкв-тэкв-т

а во втором примере, разделив на десять, получим

1/2Н₂ С₂ 0₄ +1/5КМnО₄ +3/10Н₂ SО₄ =СО₂ +1/5МnSО₄ +

экв-т экв-тэкв-т экв-т экв-т

+1/10К₂ SО₄ + 4/5Н