Решение задачи: Калия Перманганат и Пероксид Водорода (Вариант 8)

Вот решения задач и ответы на вопросы, оформленные так, чтобы было удобно переписать в тетрадь. Вариант 8 1. Рассчитайте объем 0,1 моль/л (УЧ 1/5 KMnO4) раствора калия перманганата (K = 1,0), который пойдет на титрование 2,7%-ного раствора пероксида водорода, если 10,0 мл препарата довели водой до метки в мерной колбе вместимостью 50,0 мл. На титрование взяли аликвоту объемом 5,0 мл. Решение: Сначала найдем концентрацию пероксида водорода. Массовая доля пероксида водорода \( \omega = 2,7\% = 0,027 \). Плотность раствора пероксида водорода примем за 1 г/мл (обычно для разбавленных растворов это допустимо). Масса 10,0 мл раствора пероксида водорода: \( m_{раствора} = V_{раствора} \cdot \rho = 10,0 \text{ мл} \cdot 1 \text{ г/мл} = 10,0 \text{ г} \) Масса чистого пероксида водорода в 10,0 мл раствора: \( m_{H_2O_2} = m_{раствора} \cdot \omega = 10,0 \text{ г} \cdot 0,027 = 0,27 \text{ г} \) Молярная масса пероксида водорода \( M_{H_2O_2} = 2 \cdot 1,008 + 2 \cdot 15,999 = 34,014 \text{ г/моль} \). Количество вещества пероксида водорода в 10,0 мл раствора: \( n_{H_2O_2} = \frac{m_{H_2O_2}}{M_{H_2O_2}} = \frac{0,27 \text{ г}}{34,014 \text{ г/моль}} \approx 0,007937 \text{ моль} \) Эти 10,0 мл довели водой до 50,0 мл. Значит, в 50,0 мл раствора содержится 0,007937 моль \( H_2O_2 \). Концентрация \( H_2O_2 \) в разбавленном растворе: \( C_{H_2O_2} = \frac{n_{H_2O_2}}{V_{разб}} = \frac{0,007937 \text{ моль}}{0,050 \text{ л}} = 0,15874 \text{ моль/л} \) На титрование взяли аликвоту объемом 5,0 мл. Количество вещества \( H_2O_2 \) в аликвоте: \( n_{H_2O_2, аликвота} = C_{H_2O_2} \cdot V_{аликвота} = 0,15874 \text{ моль/л} \cdot 0,005 \text{ л} = 0,0007937 \text{ моль} \) Уравнение реакции титрования перманганатом калия с пероксидом водорода в кислой среде: \( 2KMnO_4 + 5H_2O_2 + 3H_2SO_4 \rightarrow K_2SO_4 + 2MnSO_4 + 5O_2 + 8H_2O \) Из уравнения видно, что 2 моль \( KMnO_4 \) реагируют с 5 моль \( H_2O_2 \). Количество вещества \( KMnO_4 \), необходимое для титрования: \( n_{KMnO_4} = n_{H_2O_2, аликвота} \cdot \frac{2}{5} = 0,0007937 \text{ моль} \cdot 0,4 = 0,00031748 \text{ моль} \) Концентрация раствора \( KMnO_4 \) дана как 0,1 моль/л. Объем раствора \( KMnO_4 \), который пойдет на титрование: \( V_{KMnO_4} = \frac{n_{KMnO_4}}{C_{KMnO_4}} = \frac{0,00031748 \text{ моль}}{0,1 \text{ моль/л}} = 0,0031748 \text{ л} = 3,17 \text{ мл} \) Ответ: Объем раствора перманганата калия, который пойдет на титрование, составляет 3,17 мл. 2. Рассчитайте титр трилона Б по магния сульфату (M = 246,48 г/моль), навеску магния сульфата, чтобы на титрование пошло 20,0 мл 0,05 моль/л раствора трилона Б (K = 0,99). Решение: Титр раствора - это масса определяемого вещества, соответствующая 1 мл титранта. Уравнение реакции между трилоном Б (ЭДТА) и сульфатом магния: \( MgSO_4 + Na_2H_2Y \rightarrow MgY + Na_2SO_4 + 2H^+ \) (где \( Na_2H_2Y \) - динатриевая соль ЭДТА, или трилон Б) Соотношение молей \( MgSO_4 \) и трилона Б - 1:1. Концентрация трилона Б с учетом поправочного коэффициента: \( C_{трилон Б} = 0,05 \text{ моль/л} \cdot 0,99 = 0,0495 \text{ моль/л} \) Молярная масса магния сульфата \( M_{MgSO_4} = 246,48 \text{ г/моль} \). Титр трилона Б по магния сульфату: \( T_{MgSO_4/трилон Б} = C_{трилон Б} \cdot M_{MgSO_4} \cdot \frac{1}{1000} \) (так как титр выражается в г/мл) \( T_{MgSO_4/трилон Б} = 0,0495 \text{ моль/л} \cdot 246,48 \text{ г/моль} \cdot \frac{1}{1000 \text{ мл/л}} = 0,01220176 \text{ г/мл} \) Теперь рассчитаем навеску магния сульфата. На титрование пошло 20,0 мл 0,05 моль/л раствора трилона Б. Количество вещества трилона Б, пошедшее на титрование: \( n_{трилон Б} = C_{трилон Б} \cdot V_{трилон Б} = 0,0495 \text{ моль/л} \cdot 0,020 \text{ л} = 0,00099 \text{ моль} \) Поскольку соотношение 1:1, количество вещества \( MgSO_4 \) равно количеству вещества трилона Б: \( n_{MgSO_4} = 0,00099 \text{ моль} \) Масса навески магния сульфата: \( m_{MgSO_4} = n_{MgSO_4} \cdot M_{MgSO_4} = 0,00099 \text{ моль} \cdot 246,48 \text{ г/моль} = 0,2440152 \text{ г} \) Ответ: Титр трилона Б по магния сульфату составляет 0,0122 г/мл. Навеска магния сульфата должна быть 0,244 г. 3. Рассчитайте молярную массу эквивалента, титр по определяемому веществу, навеску калия йодида, чтобы на титрование пошло 15,0 мл 0,1 моль/л раствора серебра нитрата (K = 1,01). M = 166,01 г/моль) Решение: Определяемое вещество - калий йодид (KI). Титрант - серебра нитрат (AgNO3). Уравнение реакции: \( KI + AgNO_3 \rightarrow AgI \downarrow + KNO_3 \) Соотношение молей KI и AgNO3 - 1:1. Молярная масса эквивалента калия йодида: В данной реакции 1 моль KI реагирует с 1 моль AgNO3, то есть 1 моль KI отдает 1 ион \( I^- \), который реагирует с 1 ионом \( Ag^+ \). Фактор эквивалентности для KI равен 1. Молярная масса эквивалента \( M_{экв}(KI) = M_{KI} = 166,01 \text{ г/моль} \). Титр раствора серебра нитрата по калия йодиду: Концентрация раствора \( AgNO_3 \) с учетом поправочного коэффициента: \( C_{AgNO_3} = 0,1 \text{ моль/л} \cdot 1,01 = 0,101 \text{ моль/л} \) Титр \( AgNO_3 \) по KI: \( T_{KI/AgNO_3} = C_{AgNO_3} \cdot M_{экв}(KI) \cdot \frac{1}{1000} \) \( T_{KI/AgNO_3} = 0,101 \text{ моль/л} \cdot 166,01 \text{ г/моль} \cdot \frac{1}{1000 \text{ мл/л}} = 0,01676701 \text{ г/мл} \) Навеска калия йодида: На титрование пошло 15,0 мл 0,1 моль/л раствора \( AgNO_3 \). Количество вещества \( AgNO_3 \), пошедшее на титрование: \( n_{AgNO_3} = C_{AgNO_3} \cdot V_{AgNO_3} = 0,101 \text{ моль/л} \cdot 0,015 \text{ л} = 0,001515 \text{ моль} \) Поскольку соотношение 1:1, количество вещества KI равно количеству вещества \( AgNO_3 \): \( n_{KI} = 0,001515 \text{ моль} \) Масса навески калия йодида: \( m_{KI} = n_{KI} \cdot M_{KI} = 0,001515 \text{ моль} \cdot 166,01 \text{ г/моль} = 0,25150515 \text{ г} \) Ответ: Молярная масса эквивалента калия йодида составляет 166,01 г/моль. Титр раствора серебра нитрата по калия йодиду составляет 0,0168 г/мл. Навеска калия йодида должна быть 0,252 г. 4. Какими реакциями можно различить калия иодид и натрия гидрокарбонат? Решение: Для различения калия иодида (KI) и натрия гидрокарбоната (NaHCO3) можно использовать следующие реакции: 1. Реакция с нитратом серебра (AgNO3): * С калия иодидом (KI) образуется желтый осадок иодида серебра, нерастворимый в азотной кислоте. \( KI + AgNO_3 \rightarrow AgI \downarrow (\text{желтый осадок}) + KNO_3 \) * С натрия гидрокарбонатом (NaHCO3) нитрат серебра может дать белый осадок карбоната серебра, который растворяется в азотной кислоте, или, в зависимости от концентрации и условий, может наблюдаться выделение углекислого газа при подкислении. \( 2NaHCO_3 + 2AgNO_3 \rightarrow Ag_2CO_3 \downarrow (\text{белый осадок}) + 2NaNO_3 + H_2CO_3 \) (или \( H_2O + CO_2 \)) \( Ag_2CO_3 + 2HNO_3 \rightarrow 2AgNO_3 + H_2O + CO_2 \uparrow \) Таким образом, образование желтого осадка, нерастворимого в азотной кислоте, указывает на KI. 2. Реакция с кислотой (например, соляной кислотой HCl): * Калия иодид (KI) с кислотой не реагирует (если кислота не является сильным окислителем). * Натрия гидрокарбонат (NaHCO3) реагирует с кислотами с выделением углекислого газа (бурное вскипание): \( NaHCO_3 + HCl \rightarrow NaCl + H_2O + CO_2 \uparrow \) Выделение газа при добавлении кислоты указывает на NaHCO3. 3. Реакция с раствором крахмала и хлорной водой (или другим окислителем): * Иодид-ионы \( I^- \) в присутствии окислителя (например, хлорной воды) окисляются до свободного иода \( I_2 \), который с крахмалом дает синее окрашивание. \( 2KI + Cl_2 \rightarrow 2KCl + I_2 \) \( I_2 + \text{крахмал} \rightarrow \text{синее окрашивание} \) * Натрия гидрокарбонат (NaHCO3) не дает такой реакции. Появление синего окрашивания при добавлении хлорной воды и крахмала указывает на KI. 5. Напишите уравнения реакций катиона кальция. Решение: Катион кальция \( Ca^{2+} \) образует осадки со многими анионами. Вот несколько характерных реакций: 1. Реакция с карбонат-ионами (например, с карбонатом натрия \( Na_2CO_3 \)): Образуется белый осадок карбоната кальция. \( Ca^{2+} + CO_3^{2-} \rightarrow CaCO_3 \downarrow \) (Например: \( CaCl_2 + Na_2CO_3 \rightarrow CaCO_3 \downarrow + 2NaCl \)) 2. Реакция с оксалат-ионами (например, с оксалатом аммония \( (NH_4)_2C_2O_4 \)): Образуется белый осадок оксалата кальция, нерастворимый в уксусной кислоте, но растворимый в сильных кислотах. Это очень чувствительная реакция на \( Ca^{2+} \). \( Ca^{2+} + C_2O_4^{2-} \rightarrow CaC_2O_4 \downarrow \) (Например: \( CaCl_2 + (NH_4)_2C_2O_4 \rightarrow CaC_2O_4 \downarrow + 2NH_4Cl \)) 3. Реакция с сульфат-ионами (например, с серной кислотой \( H_2SO_4 \) или сульфатом натрия \( Na_2SO_4 \)): Образуется белый осадок сульфата кальция (гипса), который малорастворим в воде. \( Ca^{2+} + SO_4^{2-} \rightarrow CaSO_4 \downarrow \) (Например: \( CaCl_2 + Na_2SO_4 \rightarrow CaSO_4 \downarrow + 2NaCl \)) 4. Реакция с фосфат-ионами (например, с гидрофосфатом натрия \( Na_2HPO_4 \)): Образуется белый осадок фосфата кальция. \( 3Ca^{2+} + 2HPO_4^{2-} \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 \downarrow + 2H^+ \) (Например: \( 3CaCl_2 + 2Na_2HPO_4 \rightarrow Ca_3(PO_4)_2 \downarrow + 4NaCl + 2HCl \)) 5. Реакция с гидроксид-ионами (например, с гидроксидом натрия \( NaOH \)): Образуется белый осадок гидроксида кальция, который малорастворим в воде. \( Ca^{2+} + 2OH^- \rightarrow Ca(OH)_2 \downarrow \) (Например: \( CaCl_2 + 2NaOH \rightarrow Ca(OH)_2 \downarrow + 2NaCl \)) 6. Реакция с пламенем (качественная реакция): Соли кальция окрашивают пламя в кирпично-красный цвет. \( Ca^{2+} \rightarrow \text{кирпично-красное окрашивание пламени} \)