Г) закон эквивалентов
Одновременно с законом кратных отношений был сформулирован закон эквивалентов.
Эквивалент - это реальная или условная частица вещества, которая в данной кислотно-основной реакции эквивалентна одному катиону водорода или в ОВР одному электрону.
Фактор эквивалентности ƒэкв.(х) или 1/Z число, равное той доле частице Х, которая является эквивалентом вещества в данной реакции.( ƒэкв ≤ 1)
ƒэкв рассчитывают на основании стехиометрических коэффициентов реакции.
Например:
(1) H2S + 2Na OH = Na2S +H2O ƒэкв (H2S) =1/2
В этом случае одному катиону H+ эквивалентна условная частица, равная 1/2 молекулы H2S (участвуют оба иона водорода каждой молекулы).
(2) H2S + Na OH = NaHS +H2O ƒэкв.(H2S) =1
Одному иону H+ эквивалентна реальная частица – молекула H2 S (в молекуле H2S замещается только один катион водорода).
Количество моль - эквивалентов измеряется в молях, как любое количество вещества. Масса 1 моль эквивалента, молярная масса эквивалента, равна произведению фактора эквивалентности на молярную массу вещества
M(ƒэкв (х) х) = ƒэкв (х) ∙ М(х)
Так, молярная масса эквивалента иона алюминия
М(1/3Аl+3) =1/3 ∙ 27 = 9 г/моль
Количествомоль - эквивалентов можно определить по формуле
M
nэкв = ——
Mэкв
Молярная масса эквивалента и эквивалент элемента не являются постоянной величиной в соединении, а зависят от валентности или степени окисления элемента.
Например:
Мэкв(С) в = 12 ∙ 1/2 = 6 г/моль
Мэкв(С) в = 12 ∙ 1/4 = 3 г/моль
Постоянными являются эквиваленты Мэ (Н) = 1,008 г/моль Мэ(О) = 8 г/моль, Мэ (Аl) = 9 г/моль , Мэ ( Са) = 20 г/моль.
Если не учитывать конкретную химическую реакцию, то фактор эквивалентности и молярная масса эквивалентов сложных веществ рассчитываются по формулам:
;
Мэ = ,
где М – молярная масса вещества
В - валентность функциональной группы
N - число функциональных групп
Для кислот функциональной группой является ион водорода, для оснований – ион гидроксила, для солей – ион металла и т.д. (H+, OH-, Kat +n, An-n)
Для определения эквивалентной массы сложного вещества в реакции следует разделить его полную массу (М) на сумму замещенных радикалов (H+, OH-, Kat+n, Ann-)
NaH+ SO4 + NaCl = Na2SO4 + HCl
ƒэ NaHSO4 = 1
ZnOH-NO3 + HNO3 = Zn(NO3)2 + H2O
ƒэ ZnOHNO3 =1
H2SO4 + NaCl = NaHSO4 + HCl
ƒэ HSO4 = 1
NaHCO3 + CaSO4 = CaCO3↓ + NaHSO4
ƒэ NaHCO3 = 1/2
Fe(OH)2Cl + 2HCl = FeCl3 +2H2O
ƒэ Fe(OH)2Cl =1/2
H2SO4 + 2KOH = K2SO4 +2H2O
ƒэ H2SO4 =1/2
AlOH- SO4-2 + 3HCl = AlCl3 + H2SO4 + H2O
ƒэ AlOHSO4 = 1/3
Al(OH)3 + 3HNO3 = Al(NO3)3 + 3H2O
ƒэ Al(OH)3 = 1/3
KAl( SO4 )2 + 2BaCl 2 = KCl + AlCl3 + 2BaSO4↓
ƒэ KAl(SO4)2 = 1/4
1) для кислот: ƒэкв равен единице, деленной на основность кислоты, которая определяется числом ионов водорода
1/Z = ƒэкв (HCl) = 1
1/Z = ƒэкв (H2 SO4) = 1/2
1/Z = ƒэкв (H3 PO4) = 1/3
Молярная масса эквивалента кислоты равна произведению фактора эквивалентности на молярную массу кислоты
Мк
Мэ кислоты =ƒэкв ∙ Мк = —
Nн+
где: Мк - молекулярная (формульная) масса кислоты
Nн+ - число атомов водорода, способных замещаться на металл.
Пример: Мэ (H2 SO4) = 1/2 ∙ 98 = 49 г/моль
Молярная масса эквивалента кислоты может быть рассчитана как сумма молярных масс эквивалентов водорода и кислотного остатка : Мэ (H2 SO4) = Мэ (Н+) + Мэ (SO4 2-) = 1 + 48 = 49 г/моль
2) для оснований ƒэкв равен единице, деленной на кислотность, равную числу гидроксогрупп, вступающих в реакцию
ƒэкв ( NaOH) = 1/Z ( NaOH) = 1
ƒэкв (Ca(OH)2) = 1/Z (Ca(OH)2) = 1/2
Молярная масса эквивалента основания равна произведению фактора эквивалентности на молярную массу основания
Мосн
Мэ основания =ƒэкв ∙ Мосн = ——
Nон-
Пример Мэ [ Cr(OH)3 ] = 1/3 ∙ 103 = 34,3 г/моль
Молярная масса эквивалента основания может быть рассчитана как сумма молярных масс эквивалентов металла и гидроксогруппы Мэ [ Cr(OH)3 ] = 52/3 + 17 = 34,3 г/моль
3) для солей: ƒэкв соли равен единице, деленной на произведение числа атомов металла в молекуле соли на степень окисления металла.
ƒэкв (Na2SO4) = 1/Z (Na2SO4) =1/2
ƒэкв Al2(SO4)3 = 1/2 ∙ 3
Молярная масса эквивалента соли равна произведению фактора эквивалентности на молярную массу соли
Мэ соли =ƒэкв соли ∙ Мс =
Nме – число атомов металла
- степень окисления металла
3 4 2
Мэ Al2(SO4)3= ——— = 57 г/моль
2 ∙ 3
Молярная масса эквивалента соли может быть рассчитана как сумма молярных масс металла и кислотного остатка
Мэ Al2(SO4)3 = 27/3 +48 = 57г/моль
4) для оксидов ƒэкв равен единице, деленной на произведение числа атомов кислорода на степень окисления кислорода
ƒэкв ( H2O) = 1/Z ( H2O) = 1/2
ƒэкв (SO2) = 1/Z (SO2) = 1/4
ƒэкв (Mn2O7) = ——
7∙ 2
Молярная масса эквивалента оксида равна произведению фактора эквивалентности на молярную массу оксида
М окс
Мэ оксида = ƒэкв ∙ Мокс = ———
No ∙ noО.
где: Nо - число атомов кислорода
nоО – степень окисления кислорода в оксиде, которая равна всегда - 2.
Мокс
Мэ оксида = ———
Nо ∙ 2
Например:
Мэ (Mn2O7) = —— = 15,9 г/моль
7 ∙ 2
Молярная масса эквивалента оксида может быть рассчитана как сумма молярных масс эквивалентов элемента и кислорода Мэ ( Mn2O7) = 55/7 + 8 = 15,9 г/моль
В ОВР для определения ƒэкв необходимо единицу разделить на число отданных или присоединенных электронов.
Вещества вступают в реакцию в эквивалентных количествах:
2Н2 + О2 = 2Н2О
4экв 4экв 4экв
В 1792 г. немецким физиком Рихтером был сформулирован закон эквивалентов: массы реагирующих друг с другом веществ (m1,m2) пропорциональны молярным массам их эквивалентов (МЭ1,МЭ2)
m1 Mэ1 m1 m2
—— = ——— < = > —— = ——
m2 МЭ2 MЭ1 МЭ2
Из математической записи закона эквивалентов следует, что количество моль - эквивалентов веществ в реакции равны между собой.
n экв1 = nэкв2
Для реакций с участием газов используют молярный объем эквивалента – это объем, занимаемый 1 моль-эквивалентом газа.
Так, МЭ(Н) = 1г/моль, если моль газа 2г/моль занимают V=22,4л, то 1 эквивалент – в два раза меньший объем, равный 11,2 л.
VЭКВ (Н2) = 22,4 : 2 = 11,2л.
Аналогично МЭКВ(О)= 1/4М(О2) = 32 : 4 = 8г/моль, отсюда Vэ(О2) = 22,4 : 4 = 5,6л.
Тогда математическая запись закона через эквивалентный объем:
mв-ва Vгаза mв-ва МЭв-ва
—— = —— <=> —— = ——
MЭв Vэгаза Vгаза VЭг
Дата добавления: 2016-01-29; просмотров: 5679;