Лекция 3 (5 часов) эквивалент. Закон эквивалентов

ЛЕКЦИЯ 3 (5 ЧАСОВ) ЭКВИВАЛЕНТ. ЗАКОН ЭКВИВАЛЕНТОВ

Эквивалентом вещества называют такое его количество, которое соединяется с 1 молем атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических реакциях.

Примеры.

В соединении HCl на один моль атомов водорода приходится один моль атомов хлора. Следовательно, эквивалент хлора равен 1 моль атомов хлора.

В соединении H₂O на один моль атомов водорода приходится   моля атомов кислорода. Следовательно, эквивалент кислорода равен    моля атомов кислорода.

В соединении NH₃ на один моль атомов водорода приходится   моля атомов азота, поэтому эквивалентом азота в данном соединенииявляется  моля атомов азота.

Эквивалентной массой называется масса одного эквивалента вещества.

Так, в рассмотренных примерах эквивалентная масса хлора равна массе одного моля атомов хлора, т.е. 35,5 г/моль, эквивалентная масса кислорода – массе  моля атомов кислорода, т.е.  = 8 г/моль, а эквивалентная масса азота – массе  моля атомов азота, т.е.  = 4,67 г/моль.

Эквивалентная масса простого вещества массе атома элемента, деленной на валентность:

или

элемента равна молярной

mэ = , г/моль

(1)

Например, для алюминия m_э(Al) =                     г/моль для кислорода m_э(О) =                           г/моль для хлора m_э(Cl) =                                     г/моль

Эквивалентная масса сложного вещества может быть рассчитана двумя способами.

Оксиды.1-й способ расчета.

,                        (2)

где: М_оксида – молярная масса оксида, г/моль;

n – число атомов оксидообразующего элемента в молекуле оксида; В – валентность этого элемента в данном оксиде .

Например:                                                                         г/моль

Оксиды.2-й способ расчета.

Например:

(3)

=  =                                    9 + 8 = 17 г/моль

=  =                                      103,6+8=111,6 г/моль

=  = 51,8 + 8=59,8 г/моль

Кислоты.1-й способ расчета.

                                   (4)

Под основностью кислоты понимают число ионов Н⁺, которое отдает молекула кислоты в реакции с основанием.

Для одноосновных кислот, например, HCl:

36,5 г/моль

Для двух- и трехосновных кислот следует учитывать конкретные реакции. Например, для реакции

Н₃РО₄ + 3NaOH = Na₃PO₄ + 3H₂O                               (5)

= 32,7 г/моль

Для реакции

Н₃РО₄ + 2NaOH = Na₂НPO₄ + 2H₂O                             (6)

= 49 г/моль

Для реакции

Н₃РО₄ + NaOH = NaН₂PO₄ + H₂O                                  (7)

  = 98 г/моль

Кислоты.2-й способ расчета.

(8)

где R – кислотный остаток;

М_R – молярная масса кислотного остатка;

Z – абсолютная величина заряда иона кислотного остатка.

Примеры:

1.

2.

= 1 + 31,7 = 32,7 г/моль

– для реакции по уравнению (5)

3.  =

= 1 + 48 = 49 г/моль

– для реакции по уравнению (6)

4.                                                                                                            =

= 1 + 97 = 98 г/моль

– для реакции по уравнению (7)

Основания.1-й способ расчета.

(9)

Под кислотностью основания понимают число гидроксильных групп ,

отданных молекулой основания при взаимодействии с кислотой.

Для однокислотных оснований, например NaOH

 40 г/моль

Для многокислотных оснований следует учитывать конкретные реакции.

Например, для реакции:

Al(OH)₃ + 3HCl = AlCl₃ + 3H₂O                      (10)

= 26 г/моль

Для реакции:

Al(OH)₃ + 2HCl = AlОНCl₂ + 2H₂O                 (11)

= 39 г/моль

Для реакции:

Al(OH)₃ + HCl = Al(ОН) ₂ Cl+ H₂O                  (12)

  = 78 г/моль

Основания.2-й способ расчета.

17 (13)

где М_кат. – молярная масса катиона образованной соли; Z – заряд этого катиона.

Примеры:

1.                                                                        = 40 г/моль

2.                                                                     17 = 26 г/моль

– для реакции по уравнению (10)

3.  =

= 22 + 17 = 39 г/моль

– для реакции по уравнению (11)

4.                                                                                                       +17=

= 61 + 17 = 78 г/моль

– для реакции по уравнению (12)

Соли.1-й способ расчета.

где n – число катионов в молекуле соли; В – валентность катиона.

Например,

(14)

= 71 г/моль

= 57 г/моль

Соли.2-й способ расчета.

где R – кислотный остаток; Кат – катион соли.

Например,                                                = 23 + 35,5 = 58,5 г/моль

=

= 9 + 48 = 57 г/моль

  =

= 92,5 г/моль

=

= 106 г/моль

Эквивалентная масса кристаллогидратаравна сумме эквивалентных масс безводного вещества и воды с учетом количества молекул воды.

 (15)

В окислительно-восстановительных реакциях эквивалентная масса окислителя или восстановителяравна его молярной массе, деленной на число электронов, принятых или отданных одним атомом, входящим в состав молекулы окислителя или восстановителя.

Пример:

+ 5e =                восстановление, KMnO₄ - окислитель

      - e =                 окисление, HCl – восстановитель В результате ОВР марганец принял 5е, хлор отдал 1е. Поэтому:

= 31,6 г/моль

При расчетах газообразных соединений более удобно пользоваться значениями эквивалентного объёма.

Эквивалентным объёмомназывается объём, занимаемый при данных условиях одним эквивалентом газообразного вещества.

В общем виде эквивалентный объём газа рассчитывается по формуле:

  ,                                     (16)

Для газов, состоящих из одноатомных молекул (гелий и все благородные газы), это 22,4 л/моль.

Для водорода, фтора и хлора, молекулы которых состоят из двух атомов

(H₂, F₂, Cl₂), эквивалентный объём 11,2 л/моль.

Эквивалентный объём кислорода 5,6 л/моль.

Задача

Определить эквивалентные объёмы Cl₂, H₂ и О₂ при н.у.

1.                                                  = 11,2 л/моль

2.                                             = 11,2 л/моль

3.                                             = 5,6 л/моль

Количество эквивалентов вещества равно массе вещества, деленной на его эквивалентную массу, либо объёму газа (н.у.), деленному на его эквивалентный объём.

n = m

mэ

₌ Vo

Vэ

(17)

Задача

Сколько эквивалентов Na₂SO₄ содержится в 142 г Na₂SO₄?

= 2 эквивалента

Сколько эквивалентов газа О₂ содержится в 67,2 л О₂ (н.у.)?

n = Vo  = 67, 2

= 12 эквивалентов

Vэ    5,6

Закон эквивалентов

Вещества взаимодействуют друг с другом, а продукты реакций образуются в количествах, пропорциональных их эквивалентам.

Известна и другая формулировка этого закона:

Массы (или объёмы) реагирующих друг с другом и образующихся веществ пропорциональны их эквивалентным массам (или объёмам – для газов), т.е.

;

Для решения задач более удобны формулы:

(18)

(19)

(20)

Задача

7,7 г нитрата трёхвалентного металла прореагировали со щелочью. Образовалось 3,2 г гидроксида этого металла. Определить эквивалентную массу металла и установить, что это за металл.

Решение

Поскольку оба вещества заданы по массе, воспользуемся формулой (18):

=              ;

;    62 г/моль

  17 г/моль

Решая уравнение относительно , получим  = 15 г/моль.

Поскольку по уравнению задачи металл трехвалентен, его молярная масса равна:

 = 15 3 = 45 г/моль

По периодической системе элементов определяем, что металл – скандий.

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Организация работы процедурного кабинета

Области применения синхронных машин

Оптимизация по Винеру и Калману