ЭКВИВАЛЕНТ. МОЛЯРНАЯ МАССА ЭКВИВАЛЕНТА

Эквивалентом Э(Х)называется некая реальная или условная частица (атом, молекула, ион, радикал и т.п.), которая может присоединять, замещать или быть каким-либо другим образом эквивалентна одному моль атомов или ионов водорода в химических реакциях. В общем случае эквивалент элемента или вещества Х можно найти по формуле

Э(Х) = ,

где z^* - число эквивалентности, равное тому количеству атомов или ионов водорода, которое эквивалентно (равноценно) частице Х.

Масса 1 моль эквивалента вещества или элемента Х называется молярной массой эквивалента М_Э(Х)(г/моль). Она связана с молярной массой частицы Х соотношением

М_Э(Х) = М(Х)× Э(Х) = .

Значение числа эквивалентности z^* элемента в каком-либо веществе равно модулю степени окисления (С.О.), проявляемой данным элементом в химическом соединении. Таким образом, расчет молярной массы эквивалента элемента следует вести по формуле

М_Э(Х) = .

Для веществ, не участвующих в данный момент в какой-либо химической реакции, число эквивалентности равно:

1) для оксидов – произведению числа атомов элемента N на его валентность В, проявляемую в данном оксиде;

2) для кислот – ее основности, то есть числу атомов водорода, способных замещаться на катионы металлов;

3) для оснований – его кислотности, то есть количеству ионов ОН^-, замещаемых на кислотные остатки при реакциях с кислотами;

4) для солей (средних) – произведению числа катионов N_Kt на элементарный заряд катиона Z_Kt.

Таким образом, расчет молярной массы эквивалента вещества не участвующего в химической реакции следует вести по одной из формул:

М_Э(оксида) = , М_Э(соли) = ,

М_Э(кислоты) = , М_Э(основания) = .

Если вещество участвует в реакции ионного обмена, то z^* принимают равным числу ионов Н⁺ или числу ионов ОН^-, перешедших от одного вещества к другому, а молярная масса эквивалента рассчитывается по уравнению:

М_Э = = .

При расчете молярной массы эквивалента вещества, выполняющего роль окислителя (восстановителя) в окислительно-восстановительной реакции, число эквивалентности принимают равным количеству принятых (отданных) электронов N_e:

М_Э = .

При решении некоторых задач, содержащих сведения об объемах газообразных участников реакции, целесообразно пользоваться не молярной эквивалентной массой, а молярным эквивалентным объемом вещества V_Э, то есть объемом, который при данных физических условиях занимает 1 моль эквивалентов газа. Расчет V_Э газа при нормальных условиях следует вести по формуле

, дм³/моль,

где Э – эквивалент элемента, составляющего газ; N – число атомов элемента в молекуле газа; 22,4 – молярный объем при н.у.

Достаточно часто уравнения химических реакций записывают в сокращенно-ионной форме, поэтому может возникнуть потребность в расчете молярной эквивалентной массы не молекулы, а иона. Для ионов М_Э вычисляют по формуле

М_Э(иона) = .

Пример 1. Вычислите молярную эквивалентную массу углерода в соединении CS₂.

Р е ш е н и е

Определяем степени окисления элементов в сероуглероде ₂. Тогда

М_Э(С) = .

Пример 2.Определите молярные эквивалентные массы следующих соединений: Н₃РО₃, Са(ОН)₂, Na₂CO₃.

Р е ш е н и е

1. Основность фосфористой кислоты равна двум, тогда

М_Э(Н₃РО₃) = .

2. Кислотность гидроксида калия равна двум, следовательно

М_Э(Са(ОН)₂) = .

3. Число катионов в карбонате натрия равно двум, а заряд катиона равен +1, значит

М_Э(Na₂CO₃) = .

Пример 3.Вычислите молярные эквивалентные массы гидроксидов висмута и марганца, участвующих в реакциях

1) Bi(OH)₃ + 2HNO₃ = Bi(OH)(NO₃)₂ + 2H₂O;

2) Mn(OH)₂ + Cl₂ + KOH ® MnO₂ + KCl + H₂O .

Р е ш е н и е

1. Реакция Bi(OH)₃ + 2HNO₃ = Bi(OH)(NO₃)₂ + 2H₂O является ионно-обменным процессом, так как протекает без изменения степеней окисления элементов. В данном случае 1 моль гидроксида висмута обменивается с молекулами азотной кислоты двумя ионами ОН^-, поэтому

М_Э(Bi(OH)₃) = = 130 г/моль.

2. Реакция Mn(OH)₂ + Cl₂ + KOH ® MnO₂ + KCl + H₂O является окислительно-восстановительным процессом. С.О. атома марганца в гидроксиде равна +2, а в продукте реакции она составляет +4. Таким образом, атом марганца теряет два электрона в процессе окисления, тогда

М_Э(Mn(OH)₂) = = 44,5 г/моль.

Пример 4. Вычислите молярный эквивалентный объем кислорода и водорода при н.у.

Р е ш е н и е

1. Газ Н₂ состоит из двух атомов водорода. Эквивалент каждого атома Н равен 1, тогда

;

2. Газ О₂ содержит 2 атома кислорода. Чаще всего С.О. кислорода в сложном веществе равна –2, следовательно, эквивалент О равен 0,5. Тогда

.

З А Д А Ч И

1. В какой массе гидроксида натрия содержится столько же эквивалентов, сколько в 140 г гидроксида калия?

2. Выразите в молях 3,01×10²³ молекул аммиака. Определите молярную эквивалентную массу данного соединения.

3. Определите эквивалент и молярную массу эквивалента фосфора, кислорода и брома в соединениях фосфид водорода, вода, бромоводород.

4. Запишите реакцию образования гидрофосфата калия при взаимодействии ортофосфорной кислоты с гидроксидом калия. Вычислите молярную массу эквивалента кислоты в данной реакции.

5. Напишите уравнение реакции гидроксида железа (III) с соляной кислотой, при которой образуется хлорид дигидроксожелеза. Вычислите молярную массу эквивалента гидроксида в данной реакции.

6. Определите молярную эквивалентную массу серной кислоты и гидроксида меди (II) в реакциях:

А) H₂SO₄ + NaOH = NaHSO₄ + H₂O;

Б) Cu(OH)₂ + 2HCl = CuCl₂ + 2H₂O.

7. Избытком КОН подействовали на раствор дигидрофосфата калия. Запишите уравнение реакции и определите молярную массу эквивалента исходной соли.

8. Вычислите молярные массы эквивалентов окислителя и восстановителя в окислительно-восстановительной реакции:

SO₂ + Cl₂ + 2H₂O = H₂SO₄ + 2HCl.

9. Вычислите молярную эквивалентную массу гидроксохлорида кадмия в реакции с хлороводородом.

10. Вычислите эквивалент и эквивалентную массу H₃PO₄ при взаимодействии с гидроксидом калия с образованием: а) гидрофосфата; б) дигидрофосфата.

11. Напишите уравнение реакций Ni(OH)₃ с хлороводородной кислотой, при которых образуются следующие соединения никеля: а) дигидроксохлорид; б) гидроксохлорид; в) трихлорид. Вычислите эквивалент и эквивалентную массу Ni(OH)₃ в каждой из этих реакций.

12. Определите эквивалент и эквивалентную массу металла в следующих соединениях: Mn₂O₇, Mg₂P₂O₇, Ca₃(PO₄)₂, Ba(OH)₂. Вычислите молярные эквивалентные массы каждого вещества.

13. Вычислите эквивалентную массу следующих соединений: Al₂(SO₄)₃, H₂S, Na₂S₂O₃, P₂O₅.

14. Вычислите эквивалент и эквивалентную массу серной кислоты при взаимодействии с гидроксидом калия с образованием а) гидросульфата калия; б) сульфата калия.

15. Вычислите эквивалент и эквивалентную массу гидроксида кальция при взаимодействии с хлороводородной кислотой с образованием а) гидроксохлорида кальция; б) хлорида кальция.

16. Вычислите эквивалент и эквивалентную массу оксида магния и алюминия в следующих реакциях:

а) 2 НСl + MgO = MgCl₂ + H₂O;

б) 6 HNO₃ + Al₂O₃ = 2 Al(NO₃)₃ + 3 H₂O.

17. Вычислите эквивалентную массу следующих соединений: Mn₂O₇, Na₂S₂O₈, (CuOH)₂CO₃, (NH₄)₂Fe(SO₄)₂.

18. Вычислите эквивалентную массу следующих соединений: CuO, (NH₄)₂S, Ca(HCO₃)₂, AI(OH)₂Cl.

19. Вычислите эквивалентную массу следующих соединений: SnO₂, Al₂S₃, SiH₄, Fe(SCN)₃, Cr₂(HPO₄)₃.

20. Определите эквивалент и эквивалентную массу фосфора в следующих соединениях: РН₃, Р₂О₅, Р₂S₃, КН₂РО₂.

21. Определите эквивалент и эквивалентную массу азота в следующих соединениях: а) аммиак; б) нитрат калия; в) нитрит калия; г) нитрид калия.

22. Определите эквивалент хлора и кислорода в следующих оксидах: Cl₂О, Cl₂О₃, Cl₂О₅, Cl₂О₇. Эквивалент какого элемента остается постоянным и почему?

23. Сера образует три оксида, определите эквивалент серы и кислорода в этих оксидах. Эквивалент, какого элемента остается постоянным и почему?

24. Хром образует три оксида, определите эквивалент хрома и кислорода в этих оксидах. Эквивалент, какого элемента остается постоянным и почему?

25. Определите эквивалент и эквивалентную массу следующих кислот:

а) ортофосфорная; б) фосфорноватая.

26. Определите эквивалент и эквивалентную массу следующих кислот:

а) метафосфорная; б) фосфорноватистая.

27. Определите эквивалент и эквивалентную массу азота и серы в полуреакциях:

а) NO₃ ^- ® NO₂; б) S₂O₈ ^2- ® 2 SO₄^2-.

28. Определите эквивалент и эквивалентную массу азота и серы в полуреакциях:

а) NO₃^- ® NH₄⁺; б) SO₃^2- ® SO₄^2-.

29. Определите эквивалент и эквивалентную массу марганца в полуреакциях:

а) MnO₄^- ® MnO₂; б) MnO₄^2- ® MnO₄ ^-.

30. Определите эквивалент и эквивалентную массу хрома в полуреакциях:

а) CrO₂^- ® CrO₄^2-; б) Cr₂O₇^2- ® 2Cr³⁺.

ЗАКОН ЭКВИВАЛЕНТОВ