М. Рябов - Сборник основных формул по химии для ВУЗов

Сумма величин временной и постоянной жесткости составляет общую жесткость воды:

Жобщ. = Жвр. + Жпост.

Существуют различные способы определения жесткости воды: определение временной жесткости с помощью метода нейтрализации; комплексонометрический метод определения общей жесткости.

Гидрокарбонатная жесткость воды определяется титрованием воды раствором соляной кислоты в присутствии метилового оранжевого, так как рН в точке эквивалентности находится в области перехода окраски этого индикатора.

Са(HCO3)2 + 2HCl → CaCl2 + 2Н2CO3

Mg(HCO3)2 + 2HCl → MgCl2 + 2H2CO3

До начала титрования рН раствора гидрокарбонатов кальция и магния больше 7 за счет гидролиза солей с участием аниона слабой кислоты. В точке эквивалентности раствор имеет слабокислую реакцию, обусловленную диссоциацией слабой угольной кислоты:

Н2CO3 ↔ HCO3¯ + Н+

Жвр (Н2O) = сэ(солей) • 1000 (ммоль/л).

Общая жесткость воды (общее содержание ионов кальция и магния) определяется с использованием метода комплексонометрии.

Жпост (Н2O) = сэ(солей) • 1000 (ммоль/л).

4.5. Методы редоксиметрии

Методы редоксиметрии, в зависимости от используемых титрантов, подразделяются на:

1) перманганатометрию. Титрант – раствор перманганата калия КMnO4. Индикатор – избыточная капля титранта;

2) иодометрию. Титрант – раствор свободного иода I2 или тиосульфата натрия Na2S2O3. Индикатор – крахмал.

При вычисления молярных масс эквивалентов окислителей и восстановителей исходят из числа электронов, которые присоединяет или отдает в данной реакции молекула вещества. Для нахождения молярной массы эквивалента окислителя (восстановителя) нужно его молярную массу разделить на число принятых (отданных) электронов в данной полуреакции.

Например, в реакции окисления сульфата железа(II) перманганатом калия в кислой среде:

2KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 = 2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 8H2O

1 | MnO4¯ + 8Н+ + 5ē → Mn2+ + 4H2O

5 | Fe2+ – ē → Fe3+

ион MnO4¯ как окислитель принимает пять электронов, а ион Fe2+ как восстановитель отдает один электрон. Поэтому для расчета молярных масс эквивалентов окислителя и восстановителя их молярные массы следует разделить на пять и на один соответственно.

M3(Fe2+) = M(Fe2+) = 55,85 г/моль.

В реакции окисления сульфита натрия перманганатом калия в нейтральной среде:

2KMnO4 + 3Na2SO3 + Н2O → 2MnO2 + 3Na2SO4 + 2KOH

2 | MnO4¯ + 2Н2O + Зē → MnO2 + 4OH¯

3 | SO32- + 2OH¯ + 2ē → SO42- + Н2O

ион MnO4¯ принимает только три электрона, а ион восстановителя SO32- отдает два электрона, следовательно:

Молярные массы эквивалентов окислителей и восстановителей зависят от условий проведения реакций и определяются, исходя из соответствующих полуреакций.

4.6. Фотоколориметрия

Фотоколориметрия – оптический метод анализа, который рассматривает взаимодействие вещества с электромагнитным излучением в видимой области: длина волны (λ) 380–750 нм; волновое число (v) 2,5 104 – 1,5 • 104 см-1; энергия излучения (Е) 1—10 эВ.

Поглощенное световое излучение количественно описывается законом Бугера–Ламберта-Бера:

где А – поглощение вещества, или его оптическая плотность; Т – пропускание образца, т. е. отношение интенсивности света, прошедшего через образец, к интенсивности падающего света, I/I0; с – концентрация вещества (обычно моль/л); l – толщина кюветы (см); ε – молярная поглощательная способность вещества или молярный коэффициент поглощения [л/(моль см)].

Расчет молярного коэффициента поглощения проводят по формуле:

IV. Органическая химия

1. Алканы

Алканы (предельные углеводороды, парафины) – ациклические насыщенные углеводороды общей формулы СnH2n+2. В соответствии с общей формулой алканы образуют гомологический ряд.

Первые четыре представителя имеют полусистематические названия – метан (CH4), этан (С2Н6), пропан (С3Н8), бутан (С4Н10). Названия последующих членов ряда строятся из корня (греческие числительные) и суффикса -ан: пентан (С5Н12), гексан (С6Н14), гептан (С7Н16) и т. д.

Атомы углерода в алканах находятся в sp3-гибридном состоянии. Оси четырех sp3-орбиталей направлены к вершинам тетраэдра, валентные углы равны 109°28 .

Пространственное строение метана:

Энергия С—С связи Ес—с = 351 кДж/моль, длина С—С связи 0,154 нм.

Связь С—С в алканах является ковалентной неполярной. Связь С—Н – ковалентная слабополярная.

Для алканов, начиная с бутана, существуют структурные изомеры (изомеры строения), различающиеся порядком связывания между атомами углерода, с одинаковым качественным и количественным составом и молекулярной массой, но различающихся по физическим свойствам.

1. СnH2n+2 →400–700 °C→ СpH2p+2 + СmH2m,

n = m + p.

Крекинг нефти (промышленный способ). Алканы также выделяют из природных источников (природный и попутный газы, нефть, каменный уголь).

(гидрирование непредельных соединений)

3. nCO + (2n + 1)Н2 → СnH2n+2 + nH2O (получение из синтез-газа (CO + Н2))

4. (реакция Вюрца)

5. (реакция Дюма) CH3COONa + NaOH →t→ CH4 + Na2CO3

6. (реакция Кольбе)

Алканы не способны к реакциям присоединения, т. к. в их молекулах все связи насыщены, для них характерны реакции радикального замещения, термического разложения, окисления, изомеризации.

1. (реакционная способность убывает в ряду: F2 > Cl2 > Br2 > (I2 не идет), R3C• > R2CH• > RCH2• > RCH3•)

2. (реакция Коновалова)

3. CnH2n+2 + SO2 + ½O2 →hν→ CnH2n+1SO3H – алкилсульфокислота

(сульфоокисление, условия реакции: облучение УФ)

4. CH4 →1000 °C→ С + 2Н2; 2CH4 →t>1500 °C→ С2Н2 + ЗН2 (разложение метана – пиролиз)

5. CH4 + 2Н2O →Ni, 1300 °C→ CO2 + 4Н2 (конверсия метана)

6. 2СnH2n+2 + (Зn+1)O2 → 2nCO2 + (2n+2)Н2O (горение алканов)

7. 2н-С4Н10 + 5O2 → 4CH3COOH + 2Н2O (окисление алканов в промышленности; получение уксусной кислоты)

8. н-С4Н10 → изо-С4Н10 (изомеризация, катализатор AlCl3)

2. Циклоалканы

Циклоалканы (циклопарафины, нафтены, цикланы, полиметилены) – предельные углеводороды с замкнутой (циклической) углеродной цепью. Общая формула СnH2n.

Атомы углерода в циклоалканах, как и в алканах, находятся в sp3-гибридизованном состоянии. Гомологический ряд циклоалканов начинает простейший циклоалкан – циклопропан С3Н6, представляющий собой плоский трехчленный карбоцикл. По правилам международной номенклатуры в циклоалканах главной считается цепь углеродных атомов, образующих цикл. Название строится по названию этой замкнутой цепи с добавлением приставки «цикло» (циклопропан, циклобутан, циклопентан, циклогексан и т. д.).

Структурная изомерия циклоалканов связана с различной величиной цикла (структуры 1 и 2), строением и видом заместителей (структуры 5 и 6) и их взаимным расположением (структуры 3 и 4).

1. Получение из дигалогенопроизводных углеводородов

2. Получение из ароматичесих углеводородов