Рекомендации к изучению теоретического материала

Закон эквивалентов - экспериментально установленный немецким химиком В.Рихтером (1797 р.) и сформулирован Дж. Дальтоном (1803 г.): химические элементы и вещества взаимодействуют между собой и образуют новые вещества в количествах, пропорциональных их эквивалентам. Математическое выражение закона эквивалентов: m₁ / m₂ = Э₁ / Э₂.

Эквивалент веществ - или элемента - это реальная или условная частица вещества, которая взаимодействует с 1 моль атомов или ионов водорода или ½ моль атомов кислорода. Например, в НВr эквивалент брома составляет 1 моль, так как с 1 моль атомов водорода соединяется 1 моль атомов Вr. Эквивалент кислорода в Н₂О равна ½ моль, а азота в NH₃ - 1/3 моль. Числа 1, ½ и 1/3 называются фактором эквивалентности (f).

Молярная масса эквивалента - масса 1 эквивалента, выраженная в граммах (m_e). Она равна произведению фактора эквивалентности и молярной массы вещества: m_э = f·M_r. Эквивалентная масса водорода равна 1 г, его эквивалентный объем (V_э(H)) составляет 11,2 л. Для кислорода равны соответственно 8 г / моль (масса эквивалента) и 5,6 л / моль (эквивалентный объем, V_э(О)).

Таким образом, закон эквивалентов можно сформулировать так: массы веществ, участвующих и образующихся в реакции, относятся между собой как их молярные массы эквивалентов: m₁ / m₂ = m_э(1) / m_э(2). Если в рекции участвуют газообразные вещества, расчеты выполняют по формуле: m / V = ​​m_э / V_э.

Чтобы свободно оперировать законом эквивалентов, необходимо научиться рассчитывать молярные массы эквивалентов элементов в соединениях и молярные массы эквивалентов сложных веществ.

Молярная масса эквивалента элемента в соединении численно равна отношению его молярной массы к степени окисления (валентности) этого элемента в соединении:

m_э = М / В.

Молярная масса эквивалента сложного вещества равна сумме молярных масс эквивалентов составляющих:

- Для оксида: m_{э оксида} = m_{э элемента} + 8 или отношению молярной массы оксида к удвоенному количеству атомов кислорода: m_{э оксида} = М_оксида / 2n;

- Для кислоты: m_{э кислоты} = m_{э кисл. остатка} + 1 или отношению молярной массы кислоты к ее основности: m_{э кислоты} = М_{кислоты} / основность. Необходимо учитывать, что основность кислоты определяется по конкретной реакции. Например:

Н₂SO₄ + NaOH → NaHSO₄ + H₂O - основность кислоты в данной реакции равна 1.

Н₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O - основность кислоты в данной реакции равна 2;

- Для основания: m_{э основания} = m_{э металла} + 17 или отношению молярной массы основания к его кислотности: m_{э основания} = М_{основания} / кислотность. Кислотность основания определяется по уравнению реакции. Например:

Cr(OH)₃ + HCl → Cr(OH)₂Cl + H₂O - кислотность гидроксида хрома в данной реакции равна 1;

- Для соли - m_{э соли} = m_{э катиона} + m_{э аниона} или отношению молярной массы соли к произведению количества иона (катиона или аниона) на его заряд по модулю: m_{э соли} = М_соли / n·z, где n - число катионов (или анионов) ; z - заряд иона (по модулю).

Задача 1. Вычислите эквивалентную массу металла и его оксида, если в 0,42 г оксида содержится 0,30 г этого металла.

Решение. Находим массу кислорода, содержащегося в оксиде: m = m – m = 0,42 - 0,30 = 0,12 (г). Определяем эквивалентную массу металла по закону эквивалентов:

m_(Me) / m_(O2) = m_э(Me) / m_э(O), откуда m_э(Me) = (m_(Me)·m_э(O) ) / m_(O2) = 0,30·8:0,12 = 20 г/моль.

Эквивалентную массу оксида металла рассчитываем по формуле:

m_{э оксида} = m_{э металла} + 8 = 20 + 8 = 28 (г/моль).

Задача 2. Определить эквивалентные массы металла и его оксида, если 4,61 г этого металла вытесняет из кислоты 0,375 г водорода (н.у.).

Решение. Согласно закону эквивалентов, m_э(Me) = (m_(Me)·m_э(H) ) / m_(H2)

m_э(Me) = 4,61×1:0,375 = 12,29 (г/моль). m = m_э(Me) + 8 = 12,29 + 8 = 20,29 (г/моль).

Задача 3. Определите эквивалентную массу металла, если на образование 2,72 г его оксида нужно 0,328 л О₂, находящегося при температуре 270^оС и давлении 303,9 кПа.

Решение. Сначала найдем массу кислорода, используя уравнение Клапейрона-Менделеева: = = (303,9×0,328×32):(8,31×300) = 1,28 (г).

Далее определяем массу металла = = - = 2,72 - 1,28 = 1,44 (г).

Эквивалентные массы металла и оксида рассчитаем как и в предыдущем примере: m_э(Me) = (m_(Me)·m_э(O) ) / m_(O2) = 1,44 × 8:1,28 = 9 (г/моль);

m = m_э(Me) + 8 = 9 + 8 = 17 (г/моль).

Задача 4. Вычислить эквивалентную массу хлора в его оксиде, который содержит

61,2% кислорода. Какую формулу имеет оксид?

Решение. Найдем содержание хлора в оксиде 100 - 61,2 = 38,8 (%). Пользуясь законом эквивалентов, запишем:

m_(Cl) / m_(O2) = m _э(Cl) / m_э(O), или: m_э(Cl) = m_(Cl)·8 / m_(O2) = (38,8·8)/61,2 = 5,07 г/моль-экв.

Масса эквивалента хлора равна отношению молярной (атомной) массы хлора к его валентности: m_э (Cl) = A_r (Cl) / B.

Итак: В = A_r (Cl): m_э(Cl) = 35,45: 5,07 = 7. Формула оксида Сl₂O₇.