Моль. эквиваленты и эквивалентные массы простых и сложных веществ. закон эквивалентов

МОЛЬ (моль) - единица количества вещества.

Моль равен количеству вещества, содержащего столько же структурных единиц, сколько содержится атомов в изотопе углерода-12 массой 0,012 кг. Для одноатомных молекул простых веществ структурной единицей является атом, для многоатомных молекул - молекула, для ионизированного вещества - ион, для потока электронов - электрон и т.д.

В 1моль любого вещества содержится (6,022045±0,000031) . 1023 структурных единиц. Эта величина называется постоянной Авогадро NA. При применении понятия "моль" следует указывать, какие структурные единицы имеются в виду, например, моль атомов водорода Н, моль молекул водорода H2 , моль электронов и т.д. Масса одного моль вещества, выраженная в граммах, называется мольной или молярной массойи имеет размерность (г/моль).

ПРИМЕР 1

Выразить в молях: а) 6,02 . 1021 молекул СО2; б) 1,2 . 1024 атомов кислорода; в) 2,00 . 1023 молекул воды. Чему равна мольная масса указанных веществ?

РЕШЕНИЕ

Моль – это количество вещества, в котором содержится число структурных единиц, равное постоянной Авогадро NA = 6,02 . 1023. Отсюда

а) 6,02 . 1021 СО2 соответствует 0,01 моль, т.к. n(СО2) = моль. эквиваленты и эквивалентные массы простых и сложных веществ. закон эквивалентов - student2.ru ; моль. эквиваленты и эквивалентные массы простых и сложных веществ. закон эквивалентов - student2.ru

б) 1,20 . 1024 атомов кислорода соответствуют 2 моль атомов кислорода, т.к.

n(O2)­­­­­­­= моль. эквиваленты и эквивалентные массы простых и сложных веществ. закон эквивалентов - student2.ru ;

в) 2,00 . 1023 молекул воды соответствуют 0,33 моль воды, т. к.

n(H2O)= моль. эквиваленты и эквивалентные массы простых и сложных веществ. закон эквивалентов - student2.ru моль.

Масса 1моль вещества выражается вкг/моль или г/моль. Мольная масса вещества в граммах численно равна его относительной молекулярной (атомной) массе, выраженной в атомных единицах массы (а.е.м.). Так как относительные молекулярные массы С02, Н2О и относительная атомная масса кислорода соответственно равны 44; 18 и 16 а.е.м., то их мольные массы равны:

а) 44 г/моль; б) 18 г/ моль; в) 16 г/моль.

Эквивалентом веществаназывается такое его количество, которое соединяется с 1моль атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических реакциях.

Количество вещества эквивалентов nэк связано с количеством вещества n через фактор эквивалентности fэк

n = nэк . fэк.

Фактор эквивалентности равен обратной величине от произведения количества ионов (катионов или анионов) и степени окисления ионов, либо числу передающихся электронов в ходе окислительно-восстановительных реакций. Для простого вещества фактор эквивалентности обратен валентности.

Молярная масса эквивалента Мэк - произведение фактора эквивалентности на молярную массу вещества (г/моль)

Мэк = М . fэк.

ЗАКОН ЭКВИВАЛЕНТОВ -Массы (объемы) реагирующих друг с другом веществ m1 и m2 пропорциональны их молярным массам эквивалентов Мэк(1) и Мэк(2) (эквивалентным объемам).

ПРИМЕР 2

Определить фактор эквивалентностиfэк и эквивалентную массуМэк азота, серы и хлора всоединениях NH3, H2S и HCI.

РЕШЕНИЕ

Так как требуется вычислить фактор эквивалентности элементов, то необходимо по химической формуле молекул определить степень окисления элементов:

моль. эквиваленты и эквивалентные массы простых и сложных веществ. закон эквивалентов - student2.ru

Фактор эквивалентности простого вещества обратен валентности, значит

fэк (N)=1/3; fэк (S)=1/2; fэк (Cl) = 1.

Молярные массы эквивалентов находятся по формуле

Мэк = M . fэк,

следовательно:

Мэк (N) = 14 . 1/3 = 4,67 г/моль;

Мэк (S) = 32 . 1/2 = 16 г/моль;

Мэк (Cl) = 35,45 . 1 = 35,45 г/моль.

ПРИМЕР 3

Вычислить факторы эквивалентности и молярныемассы эквивалентов H2S04 и Аl(ОН)3, в реакциях,выраженных уравнениями:

H2S04 + КОН = KHS04 + H20 (1)

H2SO4+ Mg = MgS04 + H2 (2)

Al(OH)3+ HCl = Al(OH)2Cl + H20 (3)

Al(OH)3+ 3HN03 = Аl(NO3)3+ ЗН20 (4)

РЕШЕНИЕ

В реакциях обмена фактор эквивалентности равен обратной величине от числа разорванных связей исходного вещества. Число разорванных связей соответствует заряду иона, который образует это вещество в продуктах реакции.

Так, в первой реакции из H2S04 образуется анион HS04-, следовательно

fэк (H2SO4) = 1;

Во второй реакции из H2S04 образуется анион SO42-, следовательно

fэк (H2S04)=1/2.

В третьей реакции из Аl(OН)3 образуется катион Аl(ОН)2+, следовательно

fэк ( Al(0H)3 ) = 1.

В четвертой реакции из Аl(ОН)3 образуется катион Al3+, следовательно

fэк ( Al(0H)3 ) = 1/3.

Молярные массы эквивалентов составят:

в первой реакции

Mэк(H2S04) = fэк (H2S04) . M(H2SO4);

Мэк (H2S04) = 1 . 98 = 98 г/моль;

во второй реакции;

Мэк (H2S04) = ½ . 98 = 49 г/моль;

в третьей реакции

Мэк (Al(OH)3) = fэк(Al(0H)3) . M(Al(0H)3)=1. 78 = 78 г/моль;

в четвертой реакции

Мэк (Аl(ОН)3) = 1/3 . 78 = 26 г/моль.

ПРИМЕР 4

На восстановление 7,09 г оксида металла (II) требуется 2,24 дм3 водорода (н.у.). Вычислите молярную массу эквивалента оксида и молярную массу эквивалента. Чему равна молярная масса атома металла?

Нормальные условия (н.у.) по международной системе единиц СИ - давление 1,013105 Па (760 мм рт.ст. = 1 атм), температура 273К или 0°С.

РЕШЕНИЕ

Согласно закону эквивалентов, молярные массы эквивалентов (эквивалентные объемы) реагирующих друг с другом веществ Мэк(1) и Мэк(2) пропорциональны их массам (объемам).

моль. эквиваленты и эквивалентные массы простых и сложных веществ. закон эквивалентов - student2.ru (1)

моль. эквиваленты и эквивалентные массы простых и сложных веществ. закон эквивалентов - student2.ru (2)

Если одно из веществ находится в газообразном состоянии, то, как правило, его количество измеряется в объемных единицах (см3; дм3; м3).

Объем, занимаемый при данных условиях, молярной массой или молярной массой эквивалента называется МОЛЯРНЫМ или, соответственно, эквивалентным объемом вещества. МОЛЯРНЫЙобъем любого газа при н.у. равен 22,4л. Отсюда эквивалентный объем водорода, молекула которого состоит из двух атомов, т.е. содержит два моль атома водорода, равен 22,4 : 2 = 11,2 дм3.

По формуле (2) найдем число эквивалентов водорода через объемное соотношение

моль. эквиваленты и эквивалентные массы простых и сложных веществ. закон эквивалентов - student2.ru(3)

где V°(H2) - объем использованного на восстановление водорода, измеренный при н.у., дм3

моль. эквиваленты и эквивалентные массы простых и сложных веществ. закон эквивалентов - student2.ru - эквивалентный объем водорода, дм3.

Из уравнения (3) находим эквивалентную массу оксида металла

моль. эквиваленты и эквивалентные массы простых и сложных веществ. закон эквивалентов - student2.ru

Согласно закону эквивалентов

моль. эквиваленты и эквивалентные массы простых и сложных веществ. закон эквивалентов - student2.ru

Отсюда

моль. эквиваленты и эквивалентные массы простых и сложных веществ. закон эквивалентов - student2.ru

Так как металл имеет степень окисления +2, то

fэк =1/2,

моль. эквиваленты и эквивалентные массы простых и сложных веществ. закон эквивалентов - student2.ru

отсюда следует, что

моль. эквиваленты и эквивалентные массы простых и сложных веществ. закон эквивалентов - student2.ru

Так как атомная масса в а.е.м. численно равна мольной массе, выраженной в г/моль, то А(Ме) = 54,9 а.е.м.

ПРИМЕР 5

Сколько граммов металла, молярная масса эквивалента которого 12,16 г/моль, взаимодействует с 310 см3 кислорода (н.у.)?

РЕШЕНИЕ

Так как мольная масса O2 (32 г/моль) при н.у. занимает объем 22,4 дм3, то эквивалентный объем кислорода (Мэк (O2) = 8 г/моль) будет 22,4 . 8/32 = 5,6 дм3 или 5600 см3.

По закону эквивалентов

моль. эквиваленты и эквивалентные массы простых и сложных веществ. закон эквивалентов - student2.ru

или

моль. эквиваленты и эквивалентные массы простых и сложных веществ. закон эквивалентов - student2.ru

ПРИМЕР 6

Из 3,85 г нитрата металла получено 1,60 г его гидроксида. Вычислить эквивалентную массу металла.

РЕШЕНИЕ

При решении задачи следует иметь в виду:

а) молярная масса эквивалента гидроксида равна сумме молярных масс эквивалентов металла и гидроксильной группы;

б) молярная масса эквивалента соли равна сумме молярных масс эквивалентов металла и кислотного остатка.

Молярная масса эквивалента химического соединения равна сумме молярных масс эквивалентов составляющих его частей, таким образом

моль. эквиваленты и эквивалентные массы простых и сложных веществ. закон эквивалентов - student2.ru

Согласно закону эквивалентов:

моль. эквиваленты и эквивалентные массы простых и сложных веществ. закон эквивалентов - student2.ru

или

моль. эквиваленты и эквивалентные массы простых и сложных веществ. закон эквивалентов - student2.ru

Дляиона фактор эквивалентности обратен его заряду, следовательно

моль. эквиваленты и эквивалентные массы простых и сложных веществ. закон эквивалентов - student2.ru

тогда

моль. эквиваленты и эквивалентные массы простых и сложных веществ. закон эквивалентов - student2.ru

ПРИМЕР 7

В какой массе Са(ОН)2 содержится столько эквивалентов, сколько в 312 г AI(ОН)3?

РЕШЕНИЕ

Для расчета числа эквивалентов вещества нужно знать молярную массу эквивалента соединения, которая находится по формуле

Mэк = М . fэк.

Фактор эквивалентности для оснований обратен числу гидроксильных групп в основании, так как одна гидроксильная группа образует одну связь с катионом, следовательно:

Мэк (Аl(ОН)3) = 1/3 М(Аl(ОН)3) = 1/3 . 78 = 26 г/моль;

Мэк (Ca(OH)2) = 1/2 М(Са(ОН)2) = ½ . 74 = 37 г/моль.

В 312 г Аl(ОН)3, содержится эквивалентов:

моль. эквиваленты и эквивалентные массы простых и сложных веществ. закон эквивалентов - student2.ru моль. эквиваленты и эквивалентные массы простых и сложных веществ. закон эквивалентов - student2.ru

12 моль эквивалентов Са(ОН)2 имеют массу

m(Са(ОН)2) =nэк(Са(ОН)2) . Мэк (Са(ОН)2) = 12 . 37 = 444г.

ПРИМЕР 8

Вычислить абсолютную массу одной молекулы серной кислоты (в граммах).

РЕШЕНИЕ

Моль любого вещества содержит постоянную Авогадро NA структурных единиц (в данном примере - молекул). Мольная масса Н2SO4 равна 98,0 г/моль. Следовательно, масса одной молекулы

m(H2SO4) = М(H2SO4)/Na = 98 : 6,02 . 1023 = 1,63 .10-22 г.

Контрольные задания (1-20)

1. Для растворения металла массой 16,89 г потребовалась серная кислота массой 14,7 г. Вычислить молярную массу эквивалента металла. Ответ: 56,2 г/моль

2. Металл массой 3,006 г взаимодействует с серой массой 1,635 г. Определить молярную массу эквивалента металла.

Ответ: 29,47 г/моль.

3. При растворении в кислоте металла массой 11,9 г выделился водород объемом 2,24 л (н.у.). Чему равны фактор эквивалентности и молярная масса эквивалента металла?

Ответ; f=1/2; Mэк(Ме) = 59,5 г/моль.

4. Определить фактор эквивалентности и молярные массы эквивалента серы в следующих веществах: H2S; SO2; SO3.

5. В какой массе NaCl содержится столько же эквивалентов сколько в 900 г Fe(OH)3?

6. Определить молярную массу эквивалента металла, гидроксида которого образуют 20,75 г иодида. Ответ: 39 г/моль.

7. 2,71 г хлорида металла (III) взаимодействуют с 2 г гидроксида натрия. Определить молярную массу эквивалента соли и молярную массу атома металла.

8. Определить молярную массу эквивалента металла, если при растворении в серной кислоте 0,5 г его оксида образуется 1,5 г сульфата. Ответ: 12 г/моль.

9. Из 1,35 г оксида металла получается 3,15 г его нитрата. Вычислить молярную массу эквивалента металла.

Ответ: 32,5 г/моль.

10. Написать уравнения реакций Н3РO4 с NaOH, при которых кроме воды образуются следующие соединения: а) дигидрофосфат натрия; б)гидрофосфат натрия; в)фосфат натрия. Вычислите фактор эквивалентности и молярную массу эквивалента фосфорной кислоты в каждой реакции.

11. Вычислить эквивалентный объем водорода при н.у. Вычислить молярную массу эквивалента металла, если на восстановление оксида металла массой 1,8 г израсходован водород объемом 833 см3 (н.у.).

Ответ: 16,2 г/моль.

12. Выразить в молях: а)6,02·1023 молекул N02; б) 2,60·1024 атомов аргона;

в)10 г алюминия. Какова мольная масса указанных веществ?

13. Избытком азотной кислоты подействовали на растворы; а) гидрокарбоната кальция; б) дигидроксохлорида алюминия. Написать уравнение реакций и определить, факторы эквивалентности и молярные массы эквивалентов исходных веществ реакций.

14.На нейтрализацию 9,797 г ортофосфорной кислоты израсходовано 7,998 г NaOH. Вычислите фактор эквивалентности, молярную массу эквивалента фосфорной кислоты. На основании расчетов составьте уравнение реакции.

15.В 2,48 г оксида металла (I) содержится 1,84 г металла. Вычислить молярные массы эквивалентов металла и его оксида.

16. Вычислить при н.у. эквивалентный объем кислорода? На сжигание 3 г металла (II) требуется 1,38 дм3 кислорода (н.у.). Вычислить молярную массу эквивалента, мольную массу и относительную молярную массу атома этого металла.

17. Исходя из мольной массы аргона и азота определить абсолютную массу в граммах структурной единицы указанных веществ, дать название структурной единице.

18. При нагревании 5 г металла (II) в токе кислорода получено 5,4 г оксида. Определить фактор эквивалентности металла, молярные массы эквивалентов металла и оксида.

19. Определить молярную массу эквивалента и фактор эквивалентности азота в его оксиде, если известно, что в оксиде содержится 63% азота.

20. Определить фактор эквивалентности и молярную массу эквивалента золота в хлориде золота, содержащего 64,9 % золота.

Наши рекомендации