Công thức tính nồng độ đương lượng

Chuyên đề Hóa học: Công thức tính nồng độ đương lượng được VnDoc sưu tầm và giới thiệu tới các bạn học sinh tham khảo. Nội dung tài liệu cung cấp cho các em khái niệm nồng độ đương lượng, công thức tính nồng độ đương lượng, bài tập vận dụng tính nồng độ đương lượng kèm bài tập minh họa cho các em vận dụng. Sau đây mời các bạn tham khảo chi tiết.

I. Nồng độ đương lượng là gì?

Đương lượng là đơn vị đo lường dùng được dùng trong hóa học và sinh học. Đương lượng dùng để đo lường khả năng một chất kết hợp với các chất khác. Đương lượng thường được dùng khi nói về nồng độ chuẩn.

Đương lượng của một nguyên tố hay một chất là phần khối lượng nguyên tử hay phân tử tương ứng của một đơn vị hóa trị. Đó là phần khối lượng nhỏ nhất của mỗi chất tác dụng với nhau trong phản ứng hóa học.

Đương lượng gram của 1 chất là khối lượng của chất đó có thể thay thế hay phản ứng vừa hết với 1 gram hydro.

Đương lượng gram của một chất không phải là 1 giá trị nhất định mà nó thay đổi theo từng phản ứng cụ thể. Nồng độ đương lượng còn có tên gọi khác là nồng độ đương lượng gram.

Ví dụ:

Đương lượng gam của oxi là 8, vì nguyên tử khối của oxi là 16, và nó có hóa trị 2 trong các hợp chất. Đương lượng gam của hiđro là 1, vì nguyên tử khối của hiđro là 1, và nó có hóa trị 1 trong mọi hợp chất phổ biến.

Còn đối với các chất phức tạp như axit, bazơ, muối, thì đương lượng được xác định bằng cách lấy phân tử khối của chất đó chia cho số nguyên tử hiđro trong axit, số nhóm OH trong bazơ, số đơn vị hóa trị dương (hay âm) ứng với một phân tử muối.

Ví dụ:

Nồng độ đương lượng của H₂SO₄ là 98 : 2 = 49 (đvC), vì trong 1 phân tử H₂SO₄ có 2 nguyên tử H.

Nồng độ đương lượng còn có tên gọi khác là nồng độ đương lượng gram,

II. Công thức tính nồng độ đương lượng

1. Công thức tính nồng độ đương lượng gram

\(D=\frac Mn\)

Trong đó:

• D là đương lượng gram
• n là số mol
• M là khối lượng

Cách để xác định n là:

• Nếu là axit thì n là số H⁺ có trong phân tử axit
• Nếu là bazơ thì n là số nhóm OH^- có trong phân tử bazơ
• Nếu là muối thì n bằng tổng số hóa trị của các nguyên tử kim loại có trong muối.
• Nếu là chất oxi hóa hoặc chất khử thì n là số electron nhận hay cho của chất đó

2. Công thức tính nồng độ đương lượng C_N

\(C_N=(\frac{m_{ct}}{D.V_{dd}}).100\)

Trong đó:

• Mm chất tan là khối lượng chất tan nguyên chất (gram)
• D là đương lượng gram của chất
• V_dd là thể tích dung dịch (ml)
• C_N là nồng độ đương lượng của dung dịch N nào đó.

Áp dụng quy tắc “tích số mol và hóa trị của các chất tham gia phản ứng là bằng nhau” để tính các bài toán hỗn hợp nhiều chất cùng loại phản ứng với nhau sẽ chuyển bài toán từ phức tạp nhiều phản ứng theo thứ tự ưu tiên thành bài toán đơn giản.

III. Mối quan hệ giữa các loại nồng độ

Quan hệ giữa nồng độ mol/lít và nồng độ đương lượng

Hòa tan m gam chất tan A có khối lượng mol phân tử M, đương lượng gam D vào thể tích V lít dung dịch. Khi đó nồng độ của chất A trong dung dịch là:

Tính theo nồng độ mol/lít: \(C_M\hspace{0.278em}=\hspace{0.278em}\frac m{M\hspace{0.278em}.V}\)

Tính theo nồng độ đương lượng:

\(C_N\hspace{0.278em}=\hspace{0.278em}\frac{m\hspace{0.278em}}{D.V}\hspace{0.278em}=\hspace{0.278em}\frac{m.n}{M.V}\hspace{0.278em}=\hspace{0.278em}C_M.n\hspace{0.278em}\)

Vậy ta có: C_N = C_M.n

Trong đó: C_N là nồng độ đương lượng gam/lit của dung dịch (N)

C_M là nồng độ mol/lit của dung dịch (M)

n: Tùy thuộc vào từng phản ứng của dung dịch

IV. Bài tập ví dụ minh họa

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Ta có n_HCl.1 + n_H2SO4.2 = n_NaOH.1 + n_Ba(OH)2.2

=> 0,1  (0,1.1 + 0,15.2) = V. (0,12.1 + 0,04.2) => V = 0,2 lít = 200 ml

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết 

n_H2SO4.2 + _nHCl.1 = n_NaOH. 1

=> 0,2.2.C_MH2SO4 + 0,1.0,5.1 = 0,3.1.C_MNaOH (1)

Dung dịch D có H₂SO₄ dư, nên lượng H₂SO₄ ban đầu phản ứng vừa đủ với NaOH và Ba(OH)₂

=> n_H2SO4 .2  = n_NaOH . 1 + n_Ba(OH)2.2

=> 0,3.2.C_MH2SO4 = 0,2.1.CM_NaOH + 0,2.0,5.2 (2)

Từ (1) và (2) => C_MH2SO4 = 0,7M; C_MNaOH = 1,1M

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Phản ứng của H₂SO₄ với kiềm NaOH:

H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O

Như vậy, 1 mol H₂SO₄ phân ly ra 2 ion H+ để kết hợp với 2 ion OH- của NaOH. Nên đương lượng gam của dung dịch H₂SO₄ 98% , d = 184 g/ml là:

1000.1,84 = 1840 gam

Khối lượng H₂SO₄ nguyên chất có trong 1 lít dung dịch H₂SO₄ 98%, d = 1,84 g/ml là: 1840.98% = 1803,2 gam

Nồng độ đương lượng gam/lít của dung dịch H₂SO₄ 98% là:

\(C_{N} = \frac{m}{E.V} = \frac{1803,2}{49.1} = 36,8N\)

Vậy dung dịch H₂SO₄ 98%, d= 1,84 gam/ml tương đương với nồng độ CN = 36,8N

Thường dùng nồng độ đương lượng để biểu diễn nồng độ của dung dịch chuẩn, bởi vì dùng loại đơn vị nà rất dễ tính nồng độ hay hàm lượng của các chất cần xác định.

V. Bài tập vận dụng công thức tính nồng độ đương lượng

Câu 1. Tính nồng độ đương lượng của dung dịch H₂SO₄ 20% biết d = 1,14g/ml

Hướng dẫn giải bài tập chi tiết

Giải thích các bước giải:

+ C% = m_ct/m_dd .100% = mct/(d.Vdd) .100% (1)

Công thức tính nồng độ đương lượng gram là: E = M/n

+ Trong đó: E là nồng độ đương lượng gram

M là khối lượng mol

n (trong trường hợp axit) là số nguyên tử H trong axit

\(E_{H_{2}SO_{4}} = \frac{98}{2} = 49\) (2)

Công thức tính nồng độ đương lượng C_N là:

\(C_{N} = \frac{m_{ct}}{E.V_{dd}}.1000\) (3)

+ Trong đó: m_ct là khối lượng chất tan nguyên chất

E là nồng độ đương lượng gram

V_dd là thể tích dung dịch

⇒ Từ (1), (2), (3) ta có:

\(CN_{H_{2}SO_{4}} = \frac{V_{dd}.1,14.20}{49.V_{dd}.100}.1000 = 4,653\)

Câu 2. Hòa tan 5 mol HCl thành 10 lít dung dịch. Tính nồng độ đương lượng gam/lít của dung dịch

Hướng dẫn giải bài tập chi tiết

Khối lượng của 5 mol HCl là:

a = 5.M_HCl 

Nồng độ CN của dung dịch HCl là:

\(C_{N} = \frac{a}{D.V} = \frac{5.M}{D.V} = \frac{5}{10} = 0,2N\)

Câu 3. Tính nồng độ đương lượng của dung dịch H₂SO₄ 98%, d = 1,84 g/ml trong phản ứng với kiềm NaOH

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Phản ứng của H₂SO₄ với kiềm NaOH:

H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O

Như vậy, 1 mol H₂SO₄ phân ly ra 2 ion H⁺ để kết hợp với 2 ion OH^- của NaOH.

Nên đương lượng gam của dung dịch H₂SO₄ là D = 98/2 = 49 gam

Khối lượng của 1 lít dung dịch H₂SO₄ 98%, d= 1,84g/ml là:

1000.1,84 = 1840 gam

Khối lượng H₂SO₄ nguyên chất có trong 1 lít dung dịch H₂SO₄ 98%, d = 1,84 g/ml là: 1840.98% = 1803,2 gam

Nồng độ đương lượng gam/it của dung dịch H₂SO₄ 98% là:

\(CN = \frac{a}{D.V} = \frac{1803,2}{49.1} = 36,8N\)

Vậy dung dịch H₂SO₄ 98%, d = 1,84g/ml tương đương với nồng độ C_N = 36,8N

Thường dùng nồng độ đương lượng để biểu diễn nồng độ của các dung dịch chuẩn, bở vì dùng loại đơn vị nồng độ này rất dễ tính nồng độ hay hàm lượng của các chất cần xác định.

Câu 4. Trong phản ứng 2NaOH + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + H₂O

Dung dịch NaOH và dung dịch H₂SO₄ đều có nồng độ 0,02M. Hãy tính nồng độ đương lượng gam/lít của cả 2 dung dịch đó?

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

1 mol NaOH phân li ra 1 ion OH^- nên NaOH = 1

Do đó nồng độ CN của dung dịch NaOH là:

C_N = C_M .n = 0,02.1 = 0,02 N

Tương tự, 1 mol H₂SO₄ phân ly ra 2 ion H⁺ nên ta có nồng độ của dung dịch H₂SO₄ là:

C_N = C_M.n = 0,02.2 = 0,04 N

Câu 5. Cho 15,5 ml dung dịch Na₂CO₃ 0,1M phản ứng vừa đủ với 20 ml dung dịch H₂SO₄ tạo ra CO₂? Tính nồng độ C_M, C_N của dung dịch H₂SO₄ trong phản ứng đó?

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Phương trình phản ứng giữa Na₂CO₃ à H₂SO₄ đến CO₂ là

Na₂CO₃ + H₂SO₄ ⇒ Na₂SO₄ + CO₂ + H₂O

Số mol Na₂CO₃ tham gia vào phản ứng là:

n = C_M.V = 0,1.15.5/1000 = 0,00155 mol

Theo phương trình số mol Na₂CO₃ tham gia phản ứng bằng số mol H₂SO₄ nên số mol H₂SO₄ trong dung dịch là 0,00155 mol

Nồng độ của dung dịch H₂SO₄ là:

C_M = n/V = 0,00155.1000/20 = 0,0775 M

Trong phản ứng, cứ 1 mol H₂SO₄ phân li ra 2 ion H⁺ nên ta có nồng độ đương lượng của dung dịch H₂SO₄ là:

C_N = C_M.n = 0,0775.2 = 0,155N

Câu 6. Tính nồng độ mol/lít và nồng độ đương lượng gam/lit của dung dịch H₂SO₄ 14% d = 1,08 g/ml khi cho dung dịch đó phản ứng với Ca

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

H₂SO₄ + Ca → CaSO₄ + H₂ 

Từ phương trình phản ứng oxi hóa khử trên cho thấy, 1 phân tử chất oxi hóa H₂SO₄ thêm 2e nên đương lương gam của H₂SO₄ là:

D = M/n = 98/2 = 49 gam

Áp dụng công thức tính nồng độ C_M, C_N của dung dịch H₂SO₄ khi biết nồng độ phần trăm khối lượng C5 = 14% khối lượng riêng d = 1,08 g/ml ta có

C_M = (C%.d.10)/M = (14.1,08.10/98 = 1,54M

C_N = (C%.d.10)/D = (14.1,08.10/49 = 3,08 N

Câu 7: Cần dùng 8 mL dung dịch NaOH 0,1N để trung hòa vừa đủ 10 mL dung dịch HCl. Xác định nồng độ của dung dịch HCl. (Biết sự trung hòa vừa đủ nhờ sự đổi màu của chất chỉ thị màu phenolptalein. Phenolptalein trong môi trường axit không màu, 1 giọt dư dung dịch NaOH sau khi trung hòa hết HCl, làm cho môi trường có tính kiềm, pH > 8, làm cho phenolptalein trong môi trường này có màu tím sen nhạt. Giọt dư dd NaOH được coi là sai số của phép thể tích định phân).

Đáp án hướng dẫn giải chi tiết

Khi trung hòa vừa đủ: CHClVHCl = CNaOHVNaOH => CHCl = 0 8. N

(dd HCl 0,08 N hay dd HCl 0,08 M, vì 1 mol HCl chứa 1 đlg HCl)

V. Bài tập vận dụng liên quan 

Câu 1. Tính nồng độ đương lượng dung dịch NaOH. Biết rằng khi chuẩn độ 10ml dung
dịch NaOH thì tiêu tốn hết 8,5ml dung dịch HCl 0,10N.

Cho phản ứng chuẩn độ: NaOH + HCl → NaCl +H₂O

Câu 2. Tính nồng độ đương lượng dung dịch Na₂B₄O₇, biết rằng chuẩn độ 20ml borat thì
tốn 10,60ml dung dịch HCl 0,1060N.

Cho phản ứng: Na₂B₄O₇ + 2HCl + 5H₂O → 4H₃BO₃ + 2NaCl

Câu 3. Chuẩn độ 10ml dung dịch Na₂CO₃ thì tốn hết 18,00ml dung dịch chuẩn axit HCl
0,02N. Tính nồng độ đương lượng dung dịch Na₂CO₃ trên.

Cho phản ứng chuẩn độ: Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + CO₂ + H₂O

Câu 4. Chuẩn độ 25ml dung dịch H₂SO₄ thì tốn hết 22,5ml dung dịch chuẩn axit NaOH
0,102N. Tính nồng độ đương lượng dung dịch H₂SO₄ trên.

Phản ứng chuẩn độ: H₂SO₄ + NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O

Câu 5. Tính thể tích dung dịch KMnO₄ 0,100N đem chuẩn độ vừa đủ 25ml dung dịch Fe²⁺
0,10N.

Câu 6. Tính thể tích dung dịch K₂Cr₂O₇ 0,05N đem chuẩn độ vừa đủ 20ml dung dịch Fe²⁺
0,050N.

Câu 7. Cho 25ml dung dịch KCl phản ứng với 50ml dung dịch AgNO₃ 0,085N. Lượng AgNO₃ dư được chuẩn độ bằng 20,68ml dung dịch NH₄SCN 0,102N. Tính nồng
độ đương lượng dung dịch KCl trên.

Câu 8. Cho 20ml dung dịch NaCl phản ứng với 25ml dung dịch AgNO₃ 0,10N. Lượng AgNO₃ dư được chuẩn độ bằng 12,5ml dung dịch NH₄SCN 0,10N. Tính nồng độ đương lượng dung dịch NaCl trên.

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

VnDoc đã giới thiệu tới các bạn Công thức tính nồng độ đương lượng. Đây là một trong những nội dung chuyên đề nâng cao, dành cho các bạn ôn luyện chuyên cũng như đi học sinh giỏi các cấp. Bạn đọc có thể tham khảo công thức, phương pháp tính nồng độ đương lượng từ đó vận dụng tốt hơn và học môn Hóa học hiệu quả hơn.

Ngoài tài liệu trên, mời các bạn tham khảo Hóa học 9 trên VnDoc để học tốt môn Hóa 9 hơn.