Формула щавелевой кислоты

Определение и формула щавелевой кислоты

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Щавелевая кислота – это химическое соединение, принадлежащее к кислотам, имеющее брутто формулу $C_2H_2O_4$ .

Химическая и структурная формула щавелевой кислоты

Химическая формула – $H_2C_2O_4$

Молярная масса равна $90,03$ г/моль.

Физические свойства – бесцветное кристаллическое твердое вещество, которое образует бесцветный водный раствор.

Это простейшая органическая дикарбоновая кислота.

Она значительно сильнее по сравнению с уксусной кислотой.

Щавелевую кислоту применяют в качестве восстанавливающего агента, и ее сопряженное основание называют оксалатом $C_2O_4^{2-}$ – хелатирующий агент для катионов металлов.

Обычно, щавелевая кислота образует дигидрат с формулой $H_2C_2O_4 \cdot 2H_2O$ .

Взаимодействие данной кислоты с кожей, может представлять опасность.

Химические свойства щавелевой кислоты

Щавелевая кислота достаточно сильная, несмотря на то что она является карбоновой кислотой:
$C_2O_4H_2 \rightleftharpoons C_2O_4H^- + H^+ ; pK_a = 1,27$

$C_2O_4H^- \rightleftharpoons C_2O_4^{2-} + H^+ ; pK_a = 4,27$
Щавелевая кислота вступает во многие реакции, характерные для карбоновых кислот. Она образует эфиры, такие как диметилоксалат. Из нее получается оксалилхлорид.
Важной в аналитической химии является реакция окисления щавелевой кислоты перманганатом калия в кислой среде, которая протекает как автокаталитическая реакция:
$5H_2C_2O_4 + 2KMnO_4 + 3H_2SO_4 = 2MnSO_4 + K_2SO_4 + 10CO_2 + 8H_2O$

Применение

В лабораторных условиях щавелевую кислоту иногда применяют для получения $HCl$ и $HI$ .

Помимо этого, щавелевая кислота используется для лабораторного синтеза диоксида хлора:

$2KClO_3 + H_2C_2O_4 = K_2CO_3 + 2ClO_2 \uparrow + CO_2 \uparrow + H_2O$

Применяется в текстильной и кожевенной промышленности в качестве протравы.

Они служат компонентами анодных ванн для осаждения металлических покрытий — алюминия, титана и олова.

Щавелевая кислота и ее соли имеют чрезвычайно важное значение как в органической так и в аналитической химии.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Рассчитайте массу щавелевой кислоты в растворе, если на его титрование пошло $10$ мл кислого раствора $KMnO_4$ с концентрацией $0,1 М$ .

Решение

Запишем химическую реакцию:

$5H_2C_2O_4 + 2KMnO_4 + 3H_2SO_4 = 2MnSO_4 + K_2SO_4 + 10CO_2 + 8H_2O$

Вычислим число моль $KMnO_4$ :

$n(KMnO_4) = C_M(KMnO_4) \cdot V(KMnO_4) = 0,1 \cdot 10 \cdot 10^{-3} = 0,001$ моль

Из стехиометрических соотношений следует, что

$2$ моль перманганата калия реагирует с $5$ моль щавелевой кислоты

$0,001$ моль $KMnO_4$ реагирует с $x$ моль $H_2C_2O_4$

$n(H_2C_2O_4) = x = \frac{0,001 \cdot 5}{2} = 0,0025$ моль

Рассчитаем массу $H_2C_2O_4$ :

$m(H_2C_2O_4) = n(H_2C_2O_4) \cdot M(H_2C_2O_4) = 0,0025 \cdot 90,04 = 0,2251$ г

Ответ

$m(H_2C_2O_4) = 0,2251$ г

ПРИМЕР 2

Задание

Имеется 1 литр раствора щавелевой кислоты. Какую минимальную массу ионов бария $Ba^{2+}$ следует добавить к раствору, чтобы начал выпадать осадок оксалата бария $BaC_2O_4$ ?

Решение

Для решения данной задачи найдем концентрацию оксалат-ионов $C_2O_4^{2-}$ исходя из диссоциации щавелевой кислоты:

$H_2C_2O_4 \rightleftharpoons H^+ + HC_2O_4^{-} ; K_1 = 5,6 \cdot 10^{-2}$

$HC_2O_4^{-} \rightleftharpoons H^+ + C_2O_4^{2-} ; K_2 = 5,4 \cdot 10^{-5}$

Пусть $C_0$ — начальная концентрация щавелевой кислоты $H_2C_2O_4$ , тогда $x$ — ее концентрация, которая прореагировала, $y$ — концентрация образующихся оксалат-ионов.