Раствор, содержащий одну грамм-молекулу (1 моль) соляной кислоты НСl на 1 л, представляет собой 1 М раствор по отношению к иону водорода. Точно так же раствор, содержащий 0,5 моля серной кислоты H2SO4 на 1 л, является 1 М раствором по отношению к замещаемому иону водорода. Каждый из этих растворов нейтрализуется* равным объемом раствора, содержащего грамм-молекулу (1 моль) гидроокиси натрия NaOH на 1 л, следовательно, указанные выше массы кислоты эквивалентны одному молю данного основания.
Частное от деления грамм-молекулярной массы (моля) кислоты на число атомов водорода, которые могут замещаться в рассматриваемой реакции, называется эквивалентной массой кислоты. Аналогично частное от деления грамм-молекулярной массы основания (моля) на число гидроксильных групп, которые могут замещаться в рассматриваемой реакции, называется эквивалентной массой основания.
Одна эквивалентная масса кислоты нейтрализует одну эквивалентную массу основания. Важно помнить, что эквивалентная масса многоосновной кислоты не является неизменной величиной; для Н3РО4 это может быть грамм-молекулярная масса, половина этой массы или одна третья часть ее в зависимости от того, сколько атомов водорода замещается в рассматриваемой реакции — один, два или три.
Нормальность раствора кислоты или основания определяется как число эквивалентов кислоты или основания в одном литре раствора; 1 н. раствор содержит 1 эквивалент кислоты или основания в 1 л раствора. Путем определения (с использованием индикатора, подобного лакмусу) относительных объемов растворов кислоты и основания, которые являются эквивалентными, можно рассчитать нормальность одного раствора по известному значению ее для другого раствора. Этот процесс кислотно-основного титрования (определения титра или крепости неизвестного раствора) при помощи специальных устройств, например градуированных бюреток и пипеток, является важным методом объемного количественного анализа.
Пример 12.3.
Опытным путем установлено, что 25,0 мл раствора гидроокиси натрия нейтрализуются при добавлении 20,0 мл 0,100 н. раствора кислоты. Чему равна нормальность раствора щелочи и какая масса NаОН содержится в 1 л этого раствора?
Решение. Неизвестную нормальность х щелочного раствора находят путем решения уравнения, выражающего эквивалентность объемов данных растворов
25,0 ×x = 20,0 × 0,100,
x = 20,0 × 0,100 / 25,0 = 0,080.
Масса NaOH в 1 л составит 0,080 от эквивалентной массы, равной 40,0; эта масса равна 3,20 г (40,0 × 0,080 = 3,20)
Очень полезно помнить следующее уравнение:
V1N1 = V2N2
Здесь V1 — объем раствора с нормальностью N1 и V2— эквивалентный объем раствора с нормальностью N2, т. е объем раствора, содержащий такое же число замещаемых атомов водорода или гидроксильных групп. Решение примера 12.3 и начиналось с записи этого уравнения; 25,0x в этом примере и есть V1N1, а 20,0 × 0,100 —это V2N2.
* Смысл слова «нейтрализация» применительно к слабым кислотам или основаниям будет рассмотрен в следующем разделе данной главы.