Эквивалент. Закон эквивалентов

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 29Следующая ⇒

Эквивалент(Э)– это условная масса вещества, которую может замещать, присоединять или выделять один ион водорода в кислотноосновных или ионообменных реакциях или один электрон в окислительновосстановительных реакциях. Количество вещества эквивалентов измеряется в молях. Масса 1 моль эквивалентов называется молярной массой эквивалентов (М_эк) и выражается в г/моль.

Эквивалент (молярная масса эквивалентов) для одного и того же вещества может иметь различные значения в зависимости от того, в какую реакцию это вещество вступает. Эквивалент и М_эк рассчитываются неодинаково для кислотно-основных и окислительно-восстановительных реакций.

Молярная масса эквивалентов вещества, участвующего в окислительно-восстановительной реакции, рассчитывается как:

Мэк ,

n_е

где М – молярная масса вещества; n_е– число электронов, присоединенных одной молекулой окислителя или отданных одной молекулой восстановителя.

Например, в окислительно-восстановительной реакции горения сероводорода 2H₂S + 3O₂= 2H₂O + 2SO₂ степень окисления серы изменяется от –2 (в H₂S) до +4 (в SO₂). Следовательно, молекула H₂S теряет 6 электронов, т. е. одному электрону эквивалентна условная частица ¹/₆ молекулы H₂S.

¹/₆H₂S, аМ_эк(H₂S) = М^H²^S_³⁴5,6 г/моль.

Э(H₂S) =

6 6

У кислорода степень окисления меняется от 0 (в О₂) до –2 (в SO₂), и так как в его молекуле содержится 2 атома, то число принятых электронов будет равно 4. Таким образом, одному электрону эквивалентна условная частица ¼ молекулы О₂:

М^О²³²8 г/моль.

Э(О₂) = ¼О₂, а М_эк(О₂) = _

4 4

Молярная масса эквивалентов кислоты или основания, участвующихв кислотно-основной реакции, рассчитывается по формуле

М_эк(кислоты, основания)= , n

где М – молярная масса кислоты или основания; n – для кислот – число атомов водорода, замещенных в данной реакции на металл; для оснований – число гидроксильных групп, замещенных в данной реакции на кислотный остаток.

Например, в кислотно-основной реакции H₂S + 2NaOH = Na₂S + 2H₂O (1) оба иона водорода молекулы H₂S замещаются на металл и, таким образом, одному иону водорода эквивалентна условная частица ½ H₂S. В этом случае

М^H²^S³⁴17 г/моль.

Э (H₂S) = ½ H₂S, а М_эк(H₂S) = _

2 2

В реакции H₂S + NaOH = NaHS + H₂O (2) в молекуле H₂S на металл замещается только один ион водорода и, следовательно, одному иону Н^эквивалентна реальная частица – молекула H₂S. В этом случае

Э(H₂S) = H₂S, а М_эк(H₂S) = М^H²^S= ³⁴34 г/моль.

1 1

Э(NaOH) в реакциях (1) и (2) равен 1NaOH, так как в обоих случаях на кислотный остаток замещается одна гидроксильная группа. М_эк(NaOH) = 40 г/моль.

Молярная масса эквивалентов соли в реакциях обмена рассчитывается по формуле

М_соли

М_эк(соли)= n_| c. o.| ,

где М – молярная масса соли; n – число ионов металла, участвующих в реакции от каждой молекулы; |c. o.| – абсолютное значение степени окисления иона металла (о степени окисления см. с. 82). Например, от каждой молекулы Al₂(SO₄)₃ в реакции Al₂(SO₄)₃+ 6NaOH = 2Al(OH)₃↓ + 3Na₂SO₄ участвуют два иона алюминия, степень окисления которого+3. Отсюда

МAl

Мэк[Al2(SO4)3]= 2(SO4)3 342 = 57 г/моль, ЭAl2(SO4)3равен

23 6

¹/₆ Al₂(SO₄)₃.

Молярная масса эквивалентов оксида вычисляется по формуле:

Моксида

Мэк(оксида)= n | c. o. | ,

где М – молярная масса оксида; n – число катионов соответствующего оксиду основания или число анионов соответствующей оксиду кислоты; |c.o.| – абсолютное значение степени окисления катиона или аниона.

В реакции P₂O₅+ 3CaO = Ca₃(PO₄)₂ эквивалент P₂O₅, образующего два трехзарядных аниона (РО₄)^3-, равен ¹/₆ P₂O₅, а М_эк(P₂O₅) =

М^Р²^О⁵ 142  23,7г/моль. Эквивалент СаО, дающего один двухзарядный

6 6

катион (_Са2^), равен ½ СаО, а М_эк(СаО) = ^М^СаО = ⁵⁶_28 г/моль.

2 2

Чтобы определить молярную массу эквивалентовэлемента в соединении, можно воспользоваться формулой

М_эк(эл-та) = ^М^А,

|c. o.|

где М_А – молярная масса элемента; |c. o.| – абсолютное значение степени окисления элемента. Например, молярные массы эквивалентов фосфора в соединениях РН₃, Р₂О₃ и Р₂О₅соответственно равны: 31 / 3 = 10,3 г/моль; 31 / 3 = 10,3 г/моль; 31 / 5 = 6,2 г/моль, а эквивалент фосфора в соединениях РН₃ и Р₂О₃ равен ¹/₃ Р, в соединении Р₂О₅ – ¹/₅ Р.

Нужно также иметь в виду, что молярная масса эквивалентов химического соединения равна сумме молярных масс эквивалентов составляющих его частей.

Так, М_эк(РН₃) = М_эк(Р) + М_эк(Н) = 10,3 + 1 = 11 г/моль;

М_эк(Р₂О₃) = М_эк(Р) + М_эк(О) = 10,3 + 8 = 18,3 г/моль; М_эк(Р₂О₅) = М_эк(Р) + М_эк(О) = 6,2 + 8 = 14,2 г/моль.

Закон эквивалентов:массы реагирующих друг с другом веществ прямо пропорциональны молярным массам их эквивалентов, т.е.

m1 Mэк (1)

 . m₂М_эк(2)

Поделив массу каждого вещества на молярную массу его эквиваленm1 m2

тов, получим число молей эквивалентов (υ):  , или υ1= υ2.

Мэк ₍₁₎Мэк (2)

Для реакции A + B = C + D должно выполняться соотношение υ_A=υ_B=υ_C=υ_D, т.е. число молей эквивалентов веществ, участвующих в реакции, равны между собой.

Если одно из реагирующих веществ находится в газообразном состоянии, закон эквивалентов удобно представить в виде:

m  Vгаза

^М^экVэк(газа) ,

где V_эк – объем одного моля эквивалентов газа. Для вычисления объема моля эквивалентов газа необходимо знать число молей эквивалентов (υ) в

М одном моле газа: υ = . Так, М(Н₂) = 2 г/моль; М_эк(Н₂) = 1 г/моль. Сле-

М_эк

довательно, в одном моле молекул водорода Н₂содержится υ = 2/1 = 2 моль эквивалентов водорода. Как известно, моль любого газа при нормальных условиях (н. у.) (Т=273 К, р=101,325 кПа) занимает объем 22,4 л. Значит, моль водорода займет объем 22,4 л, а так как в одном моле водорода содержится 2 моль эквивалентов водорода, то объем одного моля эквивалентов водорода равен V_эк(Н₂) = 22,4 / 2 = 11,2 л. Аналогично М(О₂) = 32 г/моль, М_эк(О₂) = 8 г/моль. В одном моле молекул кислорода О₂ содержится υ = 32 / 8 = 4 моль эквивалентов кислорода. Один моль эквивалентов кислорода занимает объем V_эк(О₂) = 22,4 / 4 = 5,6 л.

Примеры решения задач

Пример 2.1.На восстановление 7,09 г оксида металла со степенью окисления +2 требуется 2,24 л водорода (н. у.). Вычислите молярные массы эквивалентов оксида и металла. Чему равна молярная масса металла?

Решение. Задача решается по закону эквивалентов. Так как одно из реагирующих веществ находится в газообразном состоянии, то удобно воспользоваться формулой:

m  Vгаза mок  VН2

Мэк Vэк(газа) , Мэк(ок) Vэк(Н2) .

Напомним, что объем 1 моль эквивалентов водорода равен

11,2 л (н. у.), тогда

М_эк(ок) =  35,45г/моль.

Молярная масса эквивалентов химического соединения равна сумме молярных масс эквивалентов составляющих его частей. Оксид – это соединение металла с кислородом, поэтому молярная масса эквивалентов оксида представляет собой сумму М_эк(оксида) = М_эк (металла) + М_эк (кислорода).

Отсюда М_эк (металла) = М_эк (оксида) – М_эк(кислорода) = 35,45 – 8 = 27,45 г/моль.

Молярная масса металла определяется из соотношения:

М^А, отсюда М_А = М_эк(металла) с. о. =

М_эк(металла) =

|c. o.|

= 27,452 = 54,9 г/моль. Таким образом, М_эк(оксида) = 35,45 г/моль; М_эк(металла) = 27,45 г/моль; М_А(металла) = 54,9 г/моль.

Пример 2.2. При взаимодействии кислорода с азотом получено 4 моль эквивалентов оксида азота (IV). Рассчитайте объемы газов, вступивших в реакцию при н. у.

Решение.По закону эквивалентов число молей эквивалентов веществ, вступающих в реакцию и образующихся в результате реакции равны между собой, т.е. υ(О₂) = υ(N₂) = υ(NO₂). Так как получено 4 моль эквивалентов оксида азота (IV), то, следовательно, в реакцию вступило 4 моль эквивалентов О₂ и 4 моль эквивалентов N₂.

Азот изменяет степень окисления от 0 (в N₂) до +4 (в NО₂), и так как в его молекуле 2 атома, то вместе они отдают 8 электронов, поэтому

MN2

М_эк(N₂⁾⁼ 8 = =3,5 г/моль. Находим объем, занимаемый молем эквивалентов азота (IV):

28 г/моль N₂ – 22,4 л

3,5 г/моль N₂– хх = ^3,5^^22,4_2,8 л.

Так как в реакцию вступило 4 моль эквивалентов N₂, то их объем составляет V(N₂) = 2,8·4 = 11,2 л. Зная, что моль эквивалентов кислорода при н. у. занимает объем 5,6 л, рассчитываем объем 4 моль эквивалентов О2, вступивших в реакцию: V(O₂) = 5,6·4 = 22,4 л.

Итак, в реакцию вступило 11,2 л азота и 22,4 л кислорода.

Пример 2.3. Определите молярную массу эквивалентов металла, если из 48,15 г его оксида получено 88,65 г его нитрата.

Решение. Учитывая, что М_эк(оксида) = М_эк(металла) + М_эк(кислорода), а М_эк(соли) = М_эк(металла) + М_эк(кислотного остатка), подставляем соответствующие данные в закон эквивалентов:

Мэк(мет) Мэк(О)

 Мэк(мет)  Мэк(NO₃-₎;

^48,15_^{Мэк(мет)}^⁸; М_эк(мет) = 56,2 г/моль.

88,65 Мэк(мет) 62

Пример 2.4. Вычислите степень окисления хрома в оксиде, содержащем 68,42 % (масс.) этого металла.

Решение. Приняв массу оксида за 100 %, находим массовую долю кислорода в оксиде: 100 – 68,42 = 31,58 %, т. е. на 68,42 частей массы хрома приходится 31,58 частей массы кислорода, или на 68,42 г хрома приходится 31,58 г кислорода. Зная, что молярная масса эквивалентов кислорода равна 8 г/моль, определим молярную массу эквивалентов хрома в оксиде по закону эквивалентов: m mO ; mCr Мэк(О)  68,428 17,3 г/моль.

Сг

 Мэк(Cr)=

Mэк(Сг) Mэк(О) mО 31,58

Степень окисления хрома находим из соотношения:

М_эк(Cr)= MCr c MCr  52  3.

, отсюда | . o.|=

| c. o.| М_эк(Сг)17,3

Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 602; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!