home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Multimedia Chemistry 1 & 2 / Multimedia Chemistry I & II (1996-9-11) [English].img / chem / chapter8.4c < prev    next >
Text File  |  1996-07-26  |  15KB  |  337 lines

  1. à 8.4cèNormality
  2. äèPlease calculate ê normality ç ê followïg solutions ç acids å bases.
  3. âèCalculate ê normality ç an oxalic acid solution contaïïg
  4. 5.41 g H╖C╖O╣ ï 600. mL ç solution.èOne mole ç H╖C╖O╣ can supply two
  5. moles ç Hó (or two equivalents).èThe molar mass ç oxalic acid is
  6. 90.04 g/mol.èIts gram equivalent mass is 90.04/2 = 45.02 g/equiv.
  7. The normality is ê number ç equivalents per liter.
  8. èN(H╖C╖O╣) = (5.41 g H╖C╖O╣)/[(45.02 g/equiv)(0.600 L)] = 0.200 N.
  9. éSèNormality is a concentration unit that specifies ê number ç
  10. equivalents ï one liter ç solution.èThe defïition ç an equivalent
  11. differs for acid-base å oxidation-reduction reactions.èAn acid-base
  12. reaction ïvolves ê exchange ç proëns between ê reactants.èAn oxi-
  13. dation-reduction reaction ïvolves ê exchange ç electrons.
  14.  
  15. In an acid-base reaction, one equivalent is defïed ë be one mole ç Hó.
  16. One gram equivalent mass ç an acid is ê number ç grams ç ê acid
  17. that will furnish one mole ç Hó ï ê reaction.èThe gram equivalent
  18. mass ç a base is ê number ç grams ç ê base that will accept one
  19. mole ç Hó ï ê reaction.èThe molar mass ç sulfuric acid, H╖SO╣ is
  20. 98.08 g/mol.èIf sulfuric acid reacts ë furnish only one Hó formïg ê
  21. hydrogen sulfate ion, HSO╣ú,èên ê grams equivalent mass ç H╖SO╣ is
  22. 98.08 g/equiv.èOn ê oêr hå, when sulfuric acid furnishes two Hó
  23. ions formïg ê sulfate ion, SO╣ìú, ên ê gram equivalent mass ç
  24. sulfuric acid is (98.08 g/mol)/(2 equiv/mol) = 49.04 g/equiv.è("equiv"
  25. is ê abbreviation for equivalent.)èIn ê absence ç specific ïforma-
  26. tion, we assume that ê acid furnishes as many Hó ions as it can.èHow
  27. would you determïe ê maximum number ç hydrogen ions that could be
  28. furnished by ê acid?èAnswer: By countïg ê number ç hydrogen aëms
  29. at ê begïnïg ç ê formula ç ïorganic acids.èThe number ç hydro-
  30. gen aëms at ê begïnïg ç ê formula ç ê acids that you usually
  31. encounter ï general chemistry is ê number that can be donated ï acid-
  32. base reactions.
  33.  
  34. What is ê normality ç a sulfuric acid solution contaïïg 25.0 g ç
  35. H╖SO╣ ï 500. mL ç ê solution?èWe assume that both proëns are avail-
  36. able so ê equivalent mass is 98.08/2 = 49.04 g/equiv.èThe normality
  37. is defïed as
  38.         èè equivalents ç H╖SO╣    
  39.     ? N(H╖SO╣) = ────────────────────
  40.         èèèliter ç solution
  41.  
  42.         èèèèèè25.0 g H╖SO╣
  43. èèèè? N(H╖SO╣) = ────────────────────────────── = 1.02 N H╖SO╣
  44. èèèèèèèèèè (49.04 g H╖SO╣/equiv)(0.500 L) 
  45.  
  46. We say ê solution is 1.02 normal sulfuric acid.
  47.  
  48. If we know ê molarity ç a sulfuric acid solution, we can easily fïd
  49. its normality.èA 1.00 M H╖SO╣ solution is 2.00 N H╖SO╣ when ê acid
  50. provides both proëns.èA 3.00 M H╖SO╣ solution is 6.00 N H╖SO╣.èWe 
  51. simply multiply ê molarity by two because one mole ç sulfuric acid
  52. is providïg two moles ç hydrogen ions.èYou should be able ë fïd ê
  53. molarity from ê normality, as well.
  54.  
  55. Hydroxides are common bases.èOne hydroxide ion reacts with one hydrogen
  56. ion ë form water.èConsequently, ê number ç equivalents ï one mole
  57. ç a base equals ê number ç OHú ions ï ê formula ç ê base.è
  58. Calcium hydroxide, Ca(OH)½, furnishes two moles ç OHú for each mole ç
  59. ê compound.èThe molar mass ç calcium hydroxide is 74.10 g/mol.èIts
  60. gram equivalent mass is (74.10g/mol)/(2 equiv/mol) = 37.05 g/equiv.
  61.  
  62. What is ê normality ç a calcium hydroxide that contaïs 1.50 g Ca(OH)╖
  63. per liter ç solution?èWe just calculated ê equivalent mass å found
  64. 37.05 g/equiv.èThe normality is
  65.  
  66.         èèèèèè1.50 g Ca(OH)½
  67. èèèè? N(Ca(OH)½) = ────────────────────────────── = 0.0405 N Ca(OH)½
  68. èèèèèèèèèè (37.05 g Ca(OH)½/equiv)(1 L) 
  69.  
  70. The solution is 0.0405 normal calcium hydroxide (0.0405 N Ca(OH)╖).
  71.  1èCalculate ê normality ç a solution contaïïg 7.88 g HNO╕
  72. ï 250. mL ç solution?
  73.  
  74.     A) 0.125 N        B) 0.0313 N
  75.  
  76.     C) 0.500 N        D) 2.00 N
  77. üèNitric acid, HNO╕, can furnish only one Hó.èThat was obvious ë
  78. you, I hope.èTherefore, its gram equivalent mass is equal ë its molar 
  79. mass.èThe equivalent mass is 63.02 g/equiv.èThe normality specifies ê
  80. number ç equivalents ï one liter ç solution.èThe normality is
  81.             7.88 g HNO╕
  82.     ? N(HNO╕) = ──────────────────────── =è0.500 N HNO╕
  83.         èè(63.02 g/equiv)(0.250 L)
  84. Ç C
  85.  2èWhat is ê normality ç a solution contaïïg 196 g H╕PO╣ ï
  86. 2.00 L ç solution when ê H╕PO╣ forms ê PO╣Äú ion?
  87.  
  88.     A) 3.00 N        B) 6.00 N
  89.  
  90.     C) 12.0 N        D) 1.00 N
  91. üèIn ê process ç formïg PO╣Äú, ê phosphoric acid has supplied
  92. three Hó ions.èOne mole ç H╕PO╣ furnishes three moles ç Hó or three
  93. equivalents.èThe molar mass ç H╕PO╣ is 97.99 g/mol.èThe gram equival-
  94. ent mass is (97.99 g/mol)/(3 equiv/mol) = 32.66 g/equiv.èThe normality 
  95. is
  96.             196 g H╕PO╣
  97.     ? N(H╕PO╣) = ─────────────────────── =è3.00 N H╕PO╣
  98.         èè (32.66 g/equiv)(2.00 L)
  99. Ç A
  100.  3èWhat is ê normality ç a solution contaïïg 5.74 g Ba(OH)╖
  101. ï 150. mL ç solution?
  102.  
  103.     A) 0.0995 N        B) 0.571 N
  104.  
  105.     C) 0.223 N        D) 0.447 N
  106. üèOne mole ç Ba(OH)╖ can supply two moles ç OHú.èTherefore, one
  107. ç Ba(OH)╖ reacts with two equivalents.èThe gram equivalents mass equals
  108. ê molar mass divided by 2.èThe gram equivalent mass is
  109. è (137.3 + 2(16.00) + 2(1.008)g/mol)/(2 equiv/mol) = 85.66 g/equiv.
  110. The normality equals ê number ç equivalents per liter ç solution.
  111.  
  112.             è 5.74 g Ba(OH)╖
  113.     ? N(Ba(OH)╖) = ──────────────────────── =è0.447 N Ba(OH)╖
  114.         èèè (85.66 g/equiv)(0.150 L)
  115. Ç D
  116. äèPlease fïd ê normality ç ê followïg solutions ç oxidizïg or reducïg agents.
  117. âèWhat is ê normality ç a solution contaïïg 3.452 g I╖ ï
  118. 250.0 mL ç solution?èThe iodïe, I╖, forms ê iodide ion, Iú.èOne
  119. mole ç iodïe, I½, gaïs two moles ç electrons (or two equivalents)
  120. when goïg from I½ ë 2Iú.èThe equivalent mass is 253.8 g/2 equiv, or
  121. 126.9 g/equiv.èèèèèèèèèè3.452 g I½
  122. The normality is,èN(I½) =è──────────────────────── = 0.1088 N I½
  123.             èè(126.9 g/equiv)(0.250 L)
  124. éSèElectrons are transferred ï oxidation - reduction reactions.è
  125. In redox (short for oxidation - reduction) reactions, one equivalent is
  126. one mole ç electrons.èOxidizïg agents accept electrons, while reducïg
  127. agents provide electrons.èThe gram equivalent mass ç an oxidizïg agent
  128. is ê number ç grams ç ê agent that will accept one equivalent.è
  129. The gram equivalent mass ç an reducïg agent is ê number ç grams ç
  130. ê reducïg agent that will provide one equivalent ç electrons.
  131.  
  132. A common oxidizïg agent is potassium permanganate, KMnO╣.èIn sulfuric
  133. acid solutions, KMnO╣ forms MnSO╣ when it causes ê oxidation ç anoêr
  134. compound.èThe oxidation state ç Mn is +7 ï KMnO╣ å +2 ï MnSO╣.èThe
  135. change ï oxidation state ç ê Mn shows that one mole ç KMnO╣ accepts
  136. 5 moles ç electrons (or 5 equivalents).èThe gram equivalent mass ç
  137. KMnO╣ is its molar mass divided by 5.èThe molar mass ç KMnO╣ is
  138. 39.10 + 54.94 + 4(16.00) = 158.04 g/mol.èThe gram equivalent mass is
  139.  
  140.         è158.04 g KMnO╣/1 mol KMnO╣
  141. Gram Equiv Mass = ────────────────────────── = 31.608 g KMnO╣/equiv
  142.  ç KMnO╣    èè 5 equiv/1 mol KMnO╣
  143.  
  144. When 31.608 grams ç potassium permanganate reacts, it grabs 1 mole ç
  145. electrons.èWhat is ê normality ç a solution ç 6.322 g KMnO╣ ï
  146. 2.000 L ç solution?èThe normality is ê number ç equivalents ç an
  147. oxidizïg or reducïg agent ï one liter ç solution.
  148.  
  149. èèèèèèè equivalents ç oxidizïg (reducïg) agent
  150. Normality, N = ─────────────────────────────────────────
  151.         èèèè Liter ç solution
  152.  
  153. We can fïd ê number ç equivalents by dividïg ê mass ç ê oxidiz-
  154. ïg or reducïg agent by ê gram equivalent mass.èThe normality ç ê
  155. KMnO╣ solution is 
  156.             èè 6.322 g KMnO╣
  157.     ? N(KMnO╣) = ─────────────────────────────── = 0.1000 N KMnO╣.
  158.         èè (31.608 g KMnO╣/equiv)(2.000 L)
  159.  
  160. We say that ê solution is "0.1000 normal ï KMnO╣".
  161.  
  162. The treatment ç reducïg agents is exactly ê same.èTo determïe ê
  163. gram equivalent mass, we fïd ê change ï oxidation state å divide
  164. ê molar mass ç ê reducïg agent by ê change.èThe only difference
  165. is that ê oxidation number will become more positive for a reducïg
  166. agent.
  167.  4èWhat is ê normality ç a sodium hydrogen sulfite, NaHSO╕,
  168. solution ç 3.15 g NaHSO╕ ï 250. mL ç solution?èThe NaHSO╕ forms
  169. Na╖SO╣ durïg ê reaction.
  170.  
  171.     A) 0.726 N        B) 0.484 N
  172.  
  173.     C) 0.121 N        D) 0.242 N
  174. üèWe need ë know how many electrons are gaïed or lost by ê
  175. NaHSO╕.èThe oxidation number ç S is +4 ï NaHSO╕ å +6 ï Na╖SO╣.èThe
  176. NaHSO╕ acts as a reducïg agent by supplyïg 2 equivalents for each mole
  177. ç NaHSO╕ that reacts.èThe gram equivalent mass is
  178.  
  179.     22.99 + 1.008 + 32.07 + 3(16.00) g NaHSO╕
  180.     ───────────────────────────────────────── = 52.03 g/equiv.
  181.         èè2 equivalents
  182.  
  183. The normality is ê number ç equivalents per liter:
  184.  
  185.             3.15 g NaHSO╕
  186.     ? N(NaHSO╕) = ─────────────────────────────── = 0.242 N
  187.         èèè(52.03 g NaHSO╕/equiv)(0.250 L)
  188. Ç D
  189.  5èWhat is ê normality ç a potassium bromate, KBrO╕, solution
  190. ç 1.642 g KBrO╕ ï 500. mL ç solution?èIn acidic solutions, ê KBrO╕
  191. reacts ë form Brú ions.
  192.  
  193.     A) 0.0339 N        B) 0.118 N
  194.  
  195.     C) 0.0197 N        D) 0.708 N
  196. üèWe need ë know how many electrons are gaïed or lost by ê
  197. KBrO╕.èThe oxidation number ç Br is +5 ï KBrO╕ å -1 for ê bromide
  198. ion.èThe change ï ê oxidation state ç bromïe is -1 - (+5) = -6. 
  199. This shows that KBrO╕ is gaïïg electrons å is actïg as an oxidizïg
  200. agent.èOne mole KBrO╕ gaïs 6 moles ç electrons.èThe gram equivalent
  201. mass ç KBrO╕ isè39.10 + 79.90 + 3(16.00) g KBrO╕
  202.     èèèèè──────────────────────────────── = 27.83 g/equiv
  203.             è 6 equivalents
  204.  
  205. The normality is ê number ç equivalents per liter.èThe normality is
  206.  
  207.             èè 1.642 g KBrO╕
  208. èè? N(KBrO╕) = ──────────────────────────────── = 0.118 N KBrO╕
  209.         è (27.83 g KBrO╕/equiv)(0.500 L)
  210. Ç B
  211.  6èWhat is ê normality ç a potassium dichromate, K╖Cr╖O╝, so-
  212. lution ç 29.59 g K╖Cr╖O╝ ï 800. mL ç solution?èIn acidic solutions,
  213. ê K╖Cr╖O╝ reacts ë form CrÄó salts.
  214.  
  215.     A) 0.126 N        B) 0.754 N
  216.  
  217.     C) 2.07 N        D) 0.345 N
  218. üèWe need ë know how many electrons are gaïed or lost by ê
  219. K╖Cr╖O╝.èThe oxidation number ç Cr is +6 ï K╖Cr╖O╝ å +3 ï salts ç
  220. CrÄó.èThe ëtal number ç moles ç electrons gaïed by one mole K╖Cr╖O╝
  221. is 2 Cr x 3 eú per Cr = 6 moles eú.èWe know that K╖Cr╖O╝ acts as an oxi-
  222. dizïg agent, because it gaïs electrons.èThe gram equivalent mass ç
  223. K╖Cr╖O╝ isè2(39.10) + 2(52.00) + 7(16.00) g K╖Cr╖O╝
  224.     èè──────────────────────────────────────── = 49.03 g/equiv
  225.         èè6 equivalents
  226.  
  227. The normality is ê number ç equivalents per liter.èThe normality is
  228.  
  229.             èè 29.59 g K╖Cr╖O╝
  230. èè? N(K╖Cr╖O╝) = ──────────────────────────────── = 0.754 N K╖Cr╖O╝
  231.         è (49.03 g K╖Cr╖O╝/equiv)(0.800 L)
  232. Ç B
  233. äèPlease determïe ê required amount ç compound ë prepare solutions with ê
  234. desired normality.
  235. âèHow many grams ç oxalic acid, H½C½O╣, are needed ë prepare
  236. 750. mL ç 0.200 N oxalic acid, when ê acid furnishes two Hó ions?
  237. The gram equivalent mass ç ê acid is 90.04 g/2 equiv = 45.02 g/equiv.
  238. The required mass ç oxalic acid is
  239.  
  240. ? g H½C½O╣ = (0.750 L)(0.200 equiv/L)(45.02 g/equiv) = 6.75 g H½C½O╣.
  241. éSèAs we saw ï ê section on molarity, êre are two common
  242. methods ë prepare liquid solutions ï ê laboraëry.èOne method is ë
  243. obtaï ê required mass ç solute å ên ë dissolve ê solute ï ê
  244. solvent until ê correct volume is achieved.èThe oêr method ïvolves
  245. dilutïg a concentrated solution until ê desired strength is achieved.è
  246.  
  247. Normality defïes ê number ç equivalents per liter ç solution.èThe
  248. volume ç ê solution times its normality equals ê number ç equival-
  249. ents ï that volume.èWhen we multiply ê number ç equivalents by ê
  250. gram equivalent mass ç ê solute, we obtaï ê mass ç ê solute that
  251. is needed ë prepare ê solution.
  252.  
  253. For example, how many grams ç Na╖S╖O╕∙5H╖O are needed ë make 500. mL ç
  254. 0.100 N Na╖S╖O╕, when Na╖S╖O╕ reacts ë form Na╖S╣O╗?èNa╖S╖O╕ acts as a
  255. reducïg agent.èThe oxidation state ç S is +2 ï Na╖S╖O╕ å +2î/╖ ï
  256. Na╖S╣O╗ [(12-2)/4 = 2î/╖].èThe change ï ê oxidation number is î/╖ per
  257. S.èThe ëtal change ï oxidation state is +1 per Na╖S╖O╕ sïce êre are
  258. two sulfur aëms per Na╖S╖O╕.èOne mole ç Na╖S╖O╕ provides one mole ç
  259. electrons, which is one equivalent.èThe gram equivalent mass ç Na╖S╖O╕∙
  260. 5H╖O is [(2x22.99 + 2x32.07 + 8x16.00 + 10x1.008)g Na╖S╖O╕∙5H╖O]/1 equiv 
  261. orè248.20 g/equiv.
  262. The required number ç grams ç Na╖S╖O╕∙5H╖O is
  263.  
  264.     èèè0.100 equivè 248.20 g Na╖S╖O╕∙5H╖O
  265. èè0.500 L x ─────────── x ───────────────────── = 12.4 g Na╖S╖O╕∙5H╖O
  266.     èèè 1 L solnèèèè1 equiv
  267.  
  268. We need 12.4g Na╖S╖O╕∙5H╖O ë prepare ê 500 mL ç ê 0.100 N solution.
  269. Sodium thiosulfate normally is available as a pentahydrate called "hypo".
  270.  
  271. There is anoêr approach ë determïïg ê needed amount ç solute.èWe 
  272. could convert its normality ë its molarity å ên proceed as we did ï
  273. ê section on molarity (Section 8.2).èConsider ê followïg, if one
  274. mole ç ê solute provided (or accepted) two equivalents, ên a
  275. 1 M solution is a 2 N solution.èIf a sulfuric acid solution is consi-
  276. dered ë be 0.30 N when ê sulfuric acid donates two proëns, ên ê
  277. solution is 0.30 N x (1 M/2 N) = 0.15 M.èAfter havïg found ê molarity
  278. ç ê sulfuric acid, we could perform ê same calculations with that
  279. 0.15 M solution as those ï Section 8.2.
  280.  7èHow many grams ç H╕PO╣ are required ë prepare 5.00 L ç
  281. 3.00 N H╕PO╣, when ê each phosphoric acid furnishes 3 Hó ions?
  282.  
  283.     A) 1470 g        B) 490 g
  284.  
  285.     C) 97.0 g        D) 163 g
  286. ü 3.00 N H╕PO╣ contaïs 3 equivalents per liter ç H╕PO╣ solution.
  287. We want 5.00 L ç solution, so we need 5.00 L x 3 eq/L = 15 equivalents.
  288. The gram equivalent mass ç H╕PO╣ is
  289. èè[3(1.008) + 30.97 + 4(16.00)] g H╕PO╣/ 3 equiv = 32.66 g/equiv.
  290. The required mass ç phosphoric acid is
  291.         (15 equiv)(32.66 g/equiv) = 490. g H╕PO╣.
  292. Ç B
  293.  8èHow many grams ç H╖SO╣ are needed ë make 2.00 L ç 6.00 N
  294. H╖SO╣ when 2 moles ç Hó are furnished by one mole ç H╖SO╣?
  295.  
  296.     A) 1177 g        B) 98.1 g
  297.  
  298.     C) 589 g        D) 294 g
  299. üè6.00 N H╖SO╣ contaïs 6.00 equiv per liter, so 2.00 L x6.00 eq/L
  300. equals 12 equivalents are needed.èThe gram equivalent mass is ê mass
  301. that furnishes one equivalent.èSïce H╖SO╣ is supplyïg 2 Hó, its gram
  302. equivalent mass is [2(1.008) + 32.07 + 4(16.00)] g H╖SO╣/ 2 equiv or
  303. 49.04 g H╖SO╣/ equiv.èThe required mass ç sulfuric acid is
  304.         (12 equiv)(49.04 g H╖SO╣/equiv) = 589 g H╖SO╣.
  305. Ç C
  306.  9èHow many grams ç KMnO╣ are needed ë prepare 500.0 mL ç
  307. 0.1000 N KMnO╣ for use under basic conditions?èIn basic solutions, KMnO╣
  308. forms MnO╖ ï redox reactions.
  309.  
  310.     A) 1.580 g         B) 7.902 g
  311.  
  312.     C) 23.70 g        D) 2.634 g
  313. üèWe need ê gram equivalent mass ç KMnO╣ ë convert from equi-
  314. valents ë grams.èThe oxidation state ç Mn is +7 ï KMnO╣ å +4 ï
  315. MnO╖.èThe change is oxidation state is -3, which shows that each KMnO╣
  316. is gaïïg three electrons.èThe gram equivalent mass ç KMnO╣ is
  317. (158.04 g KMnO╣/mol KMnO╣)/(3 equiv/mol) = 52.68 g/equiv.èThe necessary
  318. mass ç KMnO╣ is
  319.     (0.5000 L)(0.1000 N)(52.68 g/equiv) = 2.634 g KMnO╣.
  320. Ç D
  321.  10èHow many grams ç HNO╕ would you use ë prepare 750. mL ç
  322. 0.500 N HNO╕ when ê HNO╕ reacts ë form NO(g)?
  323.  
  324.     A) 7.88 g        B) 2.95 g
  325.  
  326.     C) 23.6 g        D) 4.73 g
  327. üèWe need ê gram equivalent mass ç HNO╕ ë convert from equi-
  328. valents ë grams.èThe oxidation state ç N is +5 ï HNO╕ å +2 ï NO.
  329. The change is oxidation state is -3, which shows that each HNO╕ gaïs
  330. three electrons.èThe gram equivalent mass ç HNO╕ is
  331. (63.02 g HNO╕/mol HNO╕)/(3 equiv/mol) = 21.01 g/equiv.èThe required mass
  332. ç HNO╕ is
  333.     (0.750 L)(0.500 N)(21.01 g/equiv) = 7.88 g HNO╕.
  334. Ç A
  335.  
  336.  
  337.