На титрование 0,09 г безводной щавелевой кислоты израсходовано 40см³ раствора КМnO4. Определите C(KMnO4) Т(КМnO4) в нейтральной среде.
Давайте систематически решим задачу по титрованию щавелевой кислоты (\(\text{H}_2\text{C}_2\text{O}_4\)) солью калий permanganатом (\(\text{KMnO}_4\)) в нейтральной среде.
Шаг 1. Запишем уравнение реакции
В нейтральной среде калий permanganат (\(\text{MnO}_4^-\)) восстанавливается до \(\text{Mn}^{2+}\), а щавелевая кислота — до углекислого газа. Общая реакция:
\[ 5 \text{C}_2\text{O}_4^{2-} + 2 \text{MnO}_4^- + 16 \text{H}^+ \rightarrow 10 \text{CO}_2 + 2 \text{Mn}^{2+} + 8 \text{H}_2\text{O} \]
Однако в нашей задаче указано, что реакция происходит в нейтральной среде, где \(\text{H}^+\) не добавляется. Тогда уравнение для нейтральной среды будет:
\[ \text{C}_2\text{O}_4^{2-} + \text{MnO}_4^- \rightarrow \text{CO}_2 + \text{Mn}^{2+} \]
Но при этом нужно учитывать, что в нейтральной среде балансировка реакции будет через
\[ \text{MnO}_4^- + 8 \text{H}^+ + 5 \text{C}_2\text{O}_4^{2-} \rightarrow \text{Mn}^{2+} + 8 \text{H}_2\text{O} + 10 \text{CO}_2 \]
Так как задачей предполагается нейтральная среда, будем считать, что реакция происходит по реакции:
\[ \text{MnO}_4^- + 5 \text{C}_2\text{O}_4^{2-} + 8 \text{H}^+ \rightarrow \text{Mn}^{2+} + 8 \text{H}_2\text{O} + 10 \text{CO}_2 \]
Но в условии не указано добавление H+, - вероятно, реакция идет по полной схеме, и мы используем стехиометрию из реакции, которая равна по соотношению:
\[ \text{Молярное соотношение:}\quad \text{C}_2\text{O}_4^{2-} : \text{MnO}_4^- = 5 : 2 \]
Шаг 2. Вычислим количество щавелевой кислоты
Масса щавелевой кислоты:
\[ m = 0,09\, \text{г} \]
Молярная масса щавелевой кислоты (\(\text{H}_2\text{C}_2\text{O}_4\)):
\[ M_{\text{H}_2\text{C}_2\text{O}_4} = 2 \times 1 + 2 + 4 \times 16 = 90\, \text{г/моль} \]
Следовательно, количество веществ:
\[ n_{\text{H}_2\text{C}_2\text{O}_4} = \frac{0,09}{90} = 1 \times 10^{-3}\, \text{моль} \]
Так как в реакции щавелевая кислота дает 2эквивалента (2 моля C₂O₄²⁻):
\[ \text{Количество молей C}_2\text{O}_4^{2-} = 1 \text{ моль} \quad (\так как 1 моль H₂C₂O₄ дает 1 моль C₂O₄²⁻) \]
На практике, для вычислений нужно помнить, что 1 моль кислоты дает 1 моль C₂O₄²⁻.
Шаг 3. Определим эквивалентное количество щавелевой кислоты
Молярное соотношение, согласно уравнению реакции, для щавелевой кислоты:
\[ 1\, \text{моль H}_2\text{C}_2\text{O}_4 \ \Rightarrow \ 2\, \text{эквивалента} \ C_2O_4^{2-} \]
Следовательно, число эквивалентов:
\[ N_{H_2C_2O_4} = 2 \times n_{\text{H}_2\text{C}_2\text{O}_4} = 2 \times 10^{-3}\, \text{экв} \]
Шаг 4. Определим концентрацию раствора \(\text{KMnO}_4\)
Объем раствора \(\text{KMnO}_4\):
\[ V = 40\, \text{см}^3 = 0,04\, \text{л} \]
Молярность раствора \(\text{KMnO}_4\):
Из стехиометрии реакции:
\[ 2\, \text{моль} \ \text{MnO}_4^- \ \text{реагируют с} \ 5\, \text{молями} \ \text{C}_2\text{O}_4^{2-} \]
Количество молей \(\text{MnO}_4^-\):
\[ n_{\text{MnO}_4^-} = \frac{N_{H_2C_2O_4}}{2} = \frac{2 \times 10^{-3}}{2} = 1 \times 10^{-3}\, \text{моль} \]
Шаг 5. Расчет концентрации
\[ C_{ \text{KMnO}_4} = \frac{n_{\text{MnO}_4^-}}{V} = \frac{1 \times 10^{-3}}{0,04} = 0,025\, \text{моль/л} \]
Ответ:
\[ \boxed{ C(\text{KMnO}_4) \approx 0,025\, \text{моль/л} } \]
Если есть вопросы или необходимости более подробных объяснений — обращайтесь.
