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

Н2С204 + 2КОН = К2С2О4 + 2Н2О

эквивалент щавелевой кислоты (Н2С204) можно определить из пропорции:

 1 молекулаН2С204 отдает  2 Н+ - иона

 f часть молекулы Н2С204  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 Н2С204, которая является эквивалентом щавелевой кислоты. Эту эквивалентность записывают в виде Э (Н2С204) = 1/2Н2С204. Аналогично рассуждая (обычно мысленно), можно получить для КОН: Э (КОН) = КОН.

Например, в окислительно-восстановительной реакции:

5Н2С204+ 2КМnО4 + 3Н2SО4 = 10СО2 + 2МnSО4 + К2SО4 +8Н2О,

которую методом ионно-электронного баланса уравнивают с помощью полуреакций

 МnО4- + 8Н++ 5е-  Мn2+ + 4Н2О 2

 С204 2- + 2е-  2СО25 ,

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

 fчасть 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 Н2С204 , получим: Э (Н2С204) = 1/2Н2С204.

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 Н2С204 + КОН = КНС2О4 + Н2О эквивалентом Н2С204 является не половина, а целая молекула Н2С204, т.е. Э (Н2С204) = Н2С204.

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. ............