Normalità e peso equivalente. Esercizi svolti.

La normalità è uno dei modi per esprimere la concentrazione di una soluzione e si esprime come N = Eq/V

Spesso la quantità di sostanza coinvolta in una reazione chimica è calcolata sulla base dei relativi equivalenti chimici, invece che sul rapporto stechiometrico delle moli di reagenti e dei prodotti della reazione bilanciata.

Peso equivalente

Il peso equivalente dello stesso elemento o della stessa sostanza dipende dalla particolare reazione cui partecipa e pertanto lo stesso elemento o la stessa sostanza può essere caratterizzato da pesi equivalenti diversi. La regola generale per calcolare il peso equivalente è la seguente:

P.E. = P.M (P.A.) / n

dove: P.M. è il peso molecolare, P.A. è il peso atomico e n è un numero intero, che assume valori diversi in dipendenza della reazione cui la sostanza partecipa. Per stabilire, di volta in volta il valore numerico di n, valgono le seguenti regole:

Reazione acido-base:

per gli acidi n = numero di ioni H⁺ che l'acido mette in gioco nella reazione considerata; ad es HCl (n=1), H₂SO₄ (n=2);

per le basi n = numero di ioni OH^– messi in gioco nella reazione; ad es. NaOH (n=1); Ca(OH)₂ (n=2)

Reazioni tra sali: n = numero di cariche totali associate al catione del sale o all'anione del sale che possono essere calcolate considerando la dissociazione elettrolitica del sale; ad es

Al₂(SO₄)₃ → 2 Al³⁺ + 3 SO₄^2- ( n=6)

Reazioni di ossidoriduzione: n = numero di elettroni ceduti o acquistati da ogni mole di sostanza che può essere facilmente dedotto esaminando la semireazione di ossidazione o di riduzione bilanciata.

La normalità è data da: N = Eq/V essendo V il volume della soluzione espresso in litri.

La normalità si può mettere in relazione con la molarità di una soluzione attraverso la relazione: N = M x n

Esercizi svolti

1) Calcolare il numero di equivalenti contenuti in 500 g di FeSO₄ (P.M. = 151.92).

Il peso equivalente è dato da P.E: = P.M./n

In questo caso poiché la dissociazione del sale dà Fe²⁺ ed SO₄^2- e quindi la carica associata al catione, ovvero all'anione è pari a 2 si ha: P.E. = 151.92 / 2=75.96

Dalla definizione di equivalente Eq = g/P.E. si ha: Eq = 500/ 75.96= 6.58

2) Calcolare il numero di equivalenti contenuti in 400 mL di soluzione 3 N di acido solforico.

Dalla definizione di Normalità si ha: N = Eq/V da cui Eq = N x V

Ricordando che il volume deve essere espresso in Litri abbiamo:

Eq = 3 N ∙0.400 L = 1.2

3) Calcolare quanti equivalenti di KOH ( P.M. = 56.108) reagiscono con 250 g di H₂SO₄ (P.M. = 98) nella reazione:

2 KOH + H₂SO₄ → K₂SO₄ + 2 H₂O

Il peso equivalente dell'acido solforico è pari a 98/2= 49 e conseguentemente il numero di equivalenti è pari a Eq = 250/49=5.1

4) Calcolare il peso equivalente dello ione Cr₂O₇^2- (P.M.= 216) nella seguente reazione redox da bilanciare:

Cr₂O₇^2- + I^–→ Cr³⁺ + I₂

la semireazione di riduzione dello ione bicromato è:

Cr₂O₇^2- + 14 H⁺ + 6 e^–→ 2 Cr³⁺ + 7 H₂O

Mentre quella di riduzione dello ione ioduro è:

2 I^–→ I₂+ 2 e^–

Moltiplicando quest'ultima semireazione per 3 al fine di ottenere lo stesso numero di elettroni scambiati la reazione complessiva è: Cr₂O₇^2- +6 I^–+ 14 H⁺ → 2 Cr³⁺ + 3 I₂+ 7 H₂O

Come si nota, il numero di elettroni scambiati è pari a sei quindi il peso equivalente dello ione bicromato vale:

P.E: = P.M./n = 216/6=36

5) Calcolare il numero di equivalenti contenuti in 308.82 g di MnO₃ (P.M. = 102.94) quando partecipa alla seguente reazione redox da bilanciare:

MnO₃ + Fe²⁺ → Mn²⁺ + Fe³⁺

La semireazione di riduzione di MnO₃è:

MnO₃ + 6 H⁺+ 4 e^–→ Mn²⁺ + 3 H₂O

Mentre la semireazione di ossidazione dello ione Ferro(II) è:

Fe²⁺ → Fe³⁺ + 1 e^–

Moltiplicando per 4 quest'ultima otteniamo la reazione bilanciata:

MnO₃ + 4 Fe²⁺ + 6 H⁺→ Mn²⁺ +4 Fe³⁺+ 3 H₂O

Come si nota, il numero di elettroni scambiati è pari a quattro quindi il peso equivalente di MnO₃ vale:

P.E: = P.M./n = 102.94/4=25.74

Poiché Eq = g/P.E.= 308.82/ 25.74=12

6) Calcolare la normalità di una soluzione contenente 14.82 g di Ca(OH)₂ (P.M.= 74.1) in 250 mL di soluzione

Poiché Ca(OH)₂ contiene due gruppi OH^– il suo peso equivalente è pari a:

P.E: = P.M./n = 74.1 g/ 2 = 37.05

da cui Eq = g/P.E.= 14.82 g/ 37.05 = 0.4

calcolato il numero di equivalenti e noto il volume possiamo calcolare la normalità:

N = Eq/V = 0.4 / 0.250 L = 1.6

7) Calcolare i grammi di H₃PO₄( P.M. = 97.995) necessari ad ottenere 18.68 mL di una soluzione 0.1079 N

Dalla definizione di normalità N = Eq/V si ha: Eq= N ∙ V = 0.1079 ∙ 0.01868 L = 0.002016 equivalenti

Poiché H₃PO₄contiene tre ioni H⁺ il peso equivalente è pari a 97.995/3= 32.665

Ricordando che Eq = g/P.E. si ha: g = eq ∙ P.E = 0.002016 ∙ 32.665 = 0.06585 g

8) Calcolare la normalità di una soluzione di H₂SO₄ sapendo che 23.67 mL di tale soluzione richiedono 26.73 mL di una soluzione di NaOH 0.0936 N per la completa neutralizzazione

Gli equivalenti di NaOH sono pari a 0.02673 L ∙ 0.0936 Eq/L = 0.00250 che sono pari agli equivalenti di H₂SO₄

La normalità è quindi pari a N = 0.00250/ 0.02367 L = 0.106