Файл: Эквивалент(химия).doc

Количество вещества эквивалента (n_э) – это величина, пропорциональная отношению числа эквивалентов вещества (N_э) к числу Авогадро (N_А), равному 6,02∙10²³ формульных единиц:

n_э = N_э/ N_А , [моль]

по аналогии с количеством вещества:

n = N/ N_А, [моль]

Так как в одной формульной единице (атоме, молекуле, радикале и т.д.) содержится Z(В) эквивалентов вещества, то число химических эквивалентов вещества N_э равно произведению Z(В) на N_ф.е.,

N_э = Z(В) ∙ N_ф.е

а, соответственно,

n_э = Z(В) ∙ n, [моль]

Таким образом, моль эквивалентов вещества – это количество вещества, содержащего 6,02∙10²³ эквивалентов.

Молярной массой химического эквивалента вещества (М_э(В)) называется масса одного моль эквивалента вещества В, равная отношению массы вещества (m(В)) к количеству вещества химического эквивалента (n_экв(В)), выражаенная в г/моль или кг/моль:

М_э(В) = m(В)/ n_э(В)

Взаимосвязь между молярной массой вещества М(В) и молярной массой его эквивалента М_э(В) выражается соотношением:

М_э(В) = М(В) / Z(В),

т.е. молярная масса эквивалента вещества всегда в Z раз меньше молярной массы этого вещества.

Например, М_э(КОН) = М(КОН) / Z(КОН), где Z(КОН)=ν(ОН^-)=1, следовательно, М_э(КОН) =56/1=56 г/моль.

Молярную массу эквивалента сложного вещества можно представить, как сумму молярных масс эквивалентов образующих его составных частей. Например, М_э(оксида) = М_э(элемента) + М_э(кислорода);

М_э(кислоты) = М_э(Н⁺) + М_э(кислотного остатка);

М_э(основания) = М_э(металла) + М_э(ОН^-);

М_э(соли) = М_э(металла) + М_э(кислотного остатка).

Так, молярная масса эквивалента основной соли сульфата кальция равна: М_э((CaOH)₂SO₄) = М_э((CaOH)⁺) + М_э(SO₄^2-)= =

Молярным объемом эквивалента газообразного вещества V_э(В) называется объем одного моль эквивалента газообразного вещества, равный отношению объема данного газообразного вещества (V_газ) к количеству вещества химического эквивалента газообразного вещества:

V_э(газа) = V_газ / n_э , л/моль

Учитывая, что для газов, принимаемых условно за идеальные

n = V / V_М,

где V_М = 22,414 л/моль – объем одного моль любого газа при нормальных условиях (н.у.)*, тогда

V_э(газа) = V_М/ Z(В) = 22,414 / Z(В) , л/моль.

Таким образом, объем эквивалента

* Нормальные условия (н.у.) – термодинамическая температура Т=273,15К, атмосферное давление р=1,01325∙10⁵ Па (1 атм, 760 мм рт.ст.). Не путать со стандартными условиями!

1.3. Закон эквивалентов.

Закон эквивалентов, открытый в 1792 г. И.Рихтером гласит: элементы всегда взаимодействуют между собой в определенных массовых количествах, соответствующих их эквивалентам, или: в реакциях всегда участвуют равные количества вещества эквивалентов.

Например, для реакции аА + вВ → сС + dD будут справедливы равенства:

n_э(А) = n_э(В) = n_э(С) = n_э(D)

или

Если вещества А и В газообразные, то закон эквивалентов принимает вид:

Закон эквивалентов для реагирующих веществ, находящихся в растворе:

с_э(А)∙V_р-ра(А) = с_э(В)∙V_р-ра(В),

где с_э(i) = - молярная концентрация эквивалентаi вещества, равная отношению количества вещества эквивалента n_э(i) к объему раствора вещества V_p_-_pa(i).

Расчетные задачи по теме «Химический эквивалент».
1. Примеры решения задач.

Задача 1.

Определите эквивалентное число следующих солей: а) CuCl₂; б) (CuOH)₂SO₄; в) NaHCO₃.

Решение.

Эквивалентное число солей находится по формуле: Z(соли) = n(Ме)∙В(Ме) = n(А)∙В(А), где n(Ме) и В(Ме) – число атомов металла и его валентность,

n(А) и В(А) – число анионов и их валентность соответственно.

а) CuCl₂: Z(CuCl₂) = n(Cu²⁺)∙В(Cu²⁺) = n(Cl^-)∙В(Cl^-) =1∙2 = 2∙1 = 2;

б) (CuOH)₂SO₄: Z((CuOH)₂SO₄) = n(CuОН⁺)∙В(CuОН⁺) = n(SO₄^2-)∙В(SO₄^2-) =2∙1 = 2∙1 = 2;

в) NaHCO₃: Z(NaHCO₃) = n(Na⁺)∙В(Na⁺) = n(HCO₃^-)∙В(HCO₃^-) =1∙1 = 1∙1 = 1.

Задача 2.

Определите эквивалент веществ а) H₃PO₄; б) Na₂CO₃; в) KMnO₄, участвующих в реакциях:

а) H₃PO₄ + 2КОН = К₂НРО₄ + 2Н₂О;

б) Na₂CO₃ + 2НCl = 2NaCl + СО₂ + Н₂О;

в) 2KMnO₄ + 5Na₂SO₃+ 3Н₂SO₄ =2 MnSO₄ + 5Na₂SO₄+ К₂SO₄+ 3Н₂О.

Решение.

Эквивалент вещества определяется природой реагирующего вещества и характером реакции, в которой оно участвует.

а) Э(H₃PO₄) =∙H₃PO₄, где Z(H₃PO₄) равен числу замещенных ионов Н⁺ в кислоте, т.е. Z(H₃PO₄) = n(Н⁺) = 2, Э(H₃PO₄) =½H₃PO₄.

б) Э(Na₂CO₃) =∙Na₂CO₃, где Z(Na₂CO₃)=n(Na⁺)∙В(Na⁺)=n(CO₃^2-) ∙В(CO₃^2-) =2∙1 = 1∙2 = 2, так как 1 формульная единица Na₂CO₃ обменивается с двумя ионами Н⁺ или с двумя ионами Cl^-, следовательно Э(Na₂CO₃) =½ Na₂CO₃.

в) Э(KMnO₄)= ∙KMnO₄, где Z(KMnO₄) равно числу электронов, участвующих в полуреакции: MnO₄^- + 8H⁺ + 5e → Mn²⁺ + 4H₂O, в расчете на одну формульную единицу иона MnO₄^-. Следовательно, Z(MnO₄^-)= Z(KMnO₄) =5, а Э(KMnO₄)=1/5KMnO₄.

Для вариантов а) и б) возможен второй способ решения. Поскольку обе реакции относятся к типу реакций обмена, то найдем наименьшее общее кратное (н.о.к.) всех стехиометрических коэффициентов в каждой реакции и разделим на него каждый коэффициент. Получим следующий вид реакций:

а) ½H₃PO₄ + КОН = ½К₂НРО₄ + Н₂О;

б) ½Na₂CO₃ + НCl = NaCl + ½СО₂ + ½Н₂О;

откуда следует, что Z(H₃PO₄) = 2 и Z(Na₂CO₃)=2.

Задача 3.

Вычислите массу вещества, содержащегося в заданном количестве эквивалентов: а) 0,2моль Н₂SO₄; б) 2,0моль Na₂CO₃; в) 0,05моль AgNO₃.

Решение.

m(В) = М_э(В)∙n_э(В) =

а) m(Н₂SO₄) = =9,8 г (Z_В= n_Н+ =2);

б) m(Na₂CO₃) = =106 г (Z_В= n_Na+∙В_Na+=2∙1=2);

в) m(AgNO₃) = =8,5 г (Z_В= n_Ag₊∙В_Ag₊=1∙1=1);

Задача 4.

Рассчитайте объем кислорода (н.у.), образующийся при разложении 1,28 г оксида металла. Молярная масса эквивалента металла равна 56 г/моль.

Решение.

Реакция разложения оксида: 2Ме₂О_х → 4Ме + хО₂.

По закону эквивалентов: n_э(Ме₂О_х) = n_э(О₂) или

oткуда . Известно, что М_э(Ме₂О_х) = М_э(Ме) + М_э(О); М_э(О)= ===8 г/моль; М_э(Ме₂О_х) = 56 + 8 = 64 г/моль.

V_э(О₂)= ==5,6 л/моль. Следовательно,V(О₂)== 0,112 л.

Задача 5.

Проводят следующую реакцию в водном растворе:

6H₂O + 2NaOH_изб_. + 2Al → 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂.

Рассчитайте эквивалентное количество вещества (моль) и объем (н.у.) образовавшегося газа, если в реакцию вступило 0,42 моль алюминия.

Решение.

n_э(Al) = Z(Al)∙n(Al). Данная реакция относится к типу окислительно-восстановительных. Для определения эквивалентного числа алюминия запишем полуреакцию:

Al + 4OH^- - 3e → [Al(OH)₄]^-

Откуда Z(Al) = nе = 3, n_э(Al) = 3∙0,42 = 1,26 моль. По закону эквивалентов n_э(Al) = n_э(Н₂) = 1,26 моль. Объем выделившегося водорода равен:

V(Н₂) = n_э(Н₂)∙V_э(Н₂), где V_э(Н₂)= == 11,2 л/моль, следовательно,V(Н₂) = 1,26 моль ∙ 11,2 л/моль = 14,1 л.