Расчеты по химическому уравнению

Запишем в общем виде уравнение химической реакции:

aA + bB = cC + dD

Для любой пары веществ, вступивших в химическую реакцию или получившихся в результате реакции, отношение количеств веществ равно отношению стехиометрических коэффициентов в уравнении:

где: - количества вступивших в реакцию или получившихся в результате реакции веществ А, В, С.

a, b, c - стехиометрические коэффициенты перед формулами этих веществ в уравнении реакции.

Однако в условиях реального проведения химического процесса всегда получается меньшее количество целевого продукта, чем это следует из расчета по химическому уравнению. Это связано с неизбежными потерями реагентов и продуктов реакции, а также обратимостью, а потому и неполнотой прохождения химических реакций. Количественно близость количеств практически полученных продуктов реакции к рассчитанным по стехиометрическим уравнениям характеризуется величиной выхода продукта реакции. В зависимости от характера используемых для вычисления выхода продукта реакции величин различают:

молярную долю выхода продукта реакции (эта):

,

где: n(C) – количество вещества (продукта), которое должно быть получено в соответствии с расчетом по стехиометрическому уравнению,

n_пр.(C) – количество практически полученного вещества (продукта);

массовую долю выхода продукта реакции (эта):

,

где: m(C) – масса вещества (продукта), которая должна быть получена в соответствии с расчетом по стехиометрическому уравнению, m_пр.(C) – масса практически полученного вещества (продукта);

объемную долю выхода продукта реакции (эта):

где: v(C) – объем вещества (продукта), который должен быть получен в соответствии с расчетом по стехиометрическому уравнению,

v_пр.(C) – объем практически полученного вещества (продукта).

Величина выхода продукта реакции не зависит от того, будет ли она вычислена через массы, объемы или количества веществ.

Химический эквивалент

В тех случаях, когда возникает необходимость в проведении большого объема стехиометрических расчетов (химический анализ) удобно пользоваться понятием «химический эквивалент».

Химическими эквивалентами называют условные частицы вещества в целое число раз меньшие, чем соответствующие им формулъные единицы. В химических реакциях эквиваленты равноценны одному атому или иону водорода или одному электрону.

Расчеты с использованием понятия «химический эквивалент» гораздо проще, поскольку согласно закону эквивалентов В. Рихтера (1793 г.) один эквивалент одного вещества всегда взаимодействует с одним эквивалентом другого.

Отсюда следует, что равны и числа эквивалентов реагирующих веществ: N_эк(А) = N_эк(В), а также кратные им количества вещества эквивалентов: n_эк(А) = n_эк(В)

В формульной единице вещества может содержаться 1, 2, 3, ..., а в общем случае z_B эквивалентов вещества. z_B называется фактором эквивалентности.

В обменных реакциях

Фактор эквивалентности для кислоты равен числу атомов водорода, замещенных в формульной единице кислоты в результате реакции. Фактор эквивалентности основания равен числу гидроксид-ионов замещенных в формульной единице основания в результате реакции.

1) 3KOH + H₃Р0₄ = K₃Р0₄ + 3Н₂O

z_B (H₃Р0₄)= 3 z_B(K0H) = 1

2) 2KOH + H₃Р0₄ = K₂HР0 ₄ + Н₂O

z_B (H₃Р0₄) = 2 z_B(K0H) =1