Задача 1. Вычислите эквивалент, фактор эквивалентности и молярную массу эквивалентов Н3РО4 при реакциях обмена, в результате которых образуются кислые и нормальные соли.

РешениеЗапишем уравнения реакций взаимодействия фосфорной кислоты со щелочью:

Н₃РО₄ + NaOH = NaH₂PO₄ + H₂O; (1)

Н₃РО₄ + 2NaOH = Na₂ HPO₄ + 2H₂O; (2)

Н₃РО₄ + 3NaOH = Na₃PO₄ + 3H₂O. (3)

Так как фосфорная кислота – трехосновная кислота, она образует две кислые соли (NaH₂PO₄ – дигидрофосфат натрия и Na₂ HPO₄ – гидрофосфат натрия) и одну среднюю соль (Na₃PO₄ –фосфат натрия).

В реакции (1) фосфорная кислота обменивает на металл один атом водорода, т.е. ведет себя как одноосновная кислота, поэтому f_э (Н₃РО₄) в реакции (1) равен 1; Э(Н₃РО₄) = Н₃РО₄; М_э(Н₃РО₄) = 1· М( Н₃РО₄) = 98 г/моль.

В реакции (2) фосфорная кислота обменивает на металл два атома водорода, т.е. ведет себя как двухосновная кислота, поэтому f_э (Н₃РО₄) в реакции (2) равен 1/2; Э(Н₃РО₄) = 1/2Н₃РО₄; М_э(Н₃РО₄) = 1/2 · М (Н₃РО₄) = 49 г/моль.

В реакции (3) фосфорная кислота ведет себя как трехосновная кислота, поэтому f_э (Н₃РО₄) в данной реакции равен 1/3; Э(Н₃РО₄) = 1/3Н₃РО₄; М_э(Н₃РО₄) = 1/3 · М (Н₃РО₄) = 32,67 г/моль.

Задача 2. Избытком гидроксида калия подействовали на растворы: а) дигидрофосфата калия; б) нитрата дигидроксовисмута (III). Напишите уравнения реакций этих веществ с КОН и определите их эквиваленты, факторы эквивалентности и молярные массы эквивалентов.

Решение Запишем уравнения происходящих реакций:

КН₂РО₄ + 2КОН = К₃РО₄ + 2 Н₂О;

Bi(OH)₂NO₃ + KOH = Bi(OH)₃ + KNO₃.

Для определения эквивалента, фактора эквивалентности и молярной массы эквивалента можно использовать различные подходы.

Первыйоснован на том, что вещества вступают в реакцию в эквивалентных количествах.

Дигидрофосфат калия взаимодействует с двумя эквивалентами гидроксида калия, т. к. Э(КОН) = КОН. C одним эквивалентом КОН взаимодействует 1/2 KH₂PO₄ , следовательно, Э(КН₂PO₄) = 1/2KH₂PO₄; f_э (KH₂PO₄) = 1/2; Мэ (KH₂PO₄) = 1/2 ·М(KH₂PO₄) = 68 г/моль.

Нитрат дигидроксовисмута (III) взаимодействует с одним эквивалентом гидроксида калия, следовательно, Э(Bi(OH)₂NO₃) = Bi(OH)₂NO₃ ; f_э(Bi(OH)₂NO₃) = 1; М_э(Bi(OH)₂NO₃) = 1 · М(Bi(OH)₂NO₃) = 305 г/моль.

Второй подход основан на том, что фактор эквивалентности сложного вещества равен единице, деленной на число эквивалентности, т.е. число образовавшихся либо перестроившихся связей.

Дигидрофосфат калия при взаимодействии с КОН обменивает на металл два атома водорода, следовательно, f_э (КН₂РО₄ )= 1/2; Э(КН₂РО₄) = 1/2 КН₂РО₄; М_э(1/2 КН₂РО₄) = 1/2 · М (КН₂РО₄) = 68 г/моль.

Нитрат дигидроксовисмута (III) при реакции с гидроксидом калия обменивает одну группу NO₃^–, следовательно, (Bi(OH)₂ NO₃) = 1; Э(Bi(OH)₂ NO₃) = Bi(OH)₂ NO₃; М_э(Bi(OH)₂NO₃) = 1 · М_э(Bi(OH)₂NO₃) = 305 г/моль.

Задача 3. При окислении 16,74 г двухвалентного металла образовалось 21,54 г оксида. Вычислите молярные массы эквивалентов металла и его оксида. Чему равны молярная и атомная масса металла?

Решение Согласно закону сохранения массы веществ, масса оксида металла, образовавшегося при окислении металла кислородом, равна сумме масс металла и кислорода.

Следовательно, масса кислорода, необходимого для образования 21,5 г оксида при окислении 16,74 г металла, составит:

21,54 – 16,74 = 4,8 г.

Согласно закону эквивалентов

m_Me ∕ M_э(Me) = mO₂ ∕ M_э(O₂ ); 16,74 ∕ M_э(Me) = 4,8 ∕ 8.

Следовательно, М_э(Ме) = (16,74 · 8 ) ∕ 4,8 = 28 г/моль.

Молярная масса эквивалента оксида может быть рассчитана как сумма молярных масс эквивалентов металла и кислорода:

Мэ(МеО) = M_э(Me) + M_э(O₂ ) = 28 + 8 + 36 г/моль.

Молярная масса двухвалентного металла равна:

М (Ме) = Мэ (Ме) ∕ fэ(Ме) = 28 ∕ 1 ∕ 2 = 56 г/моль.

Атомная масса металла (A_r(Me)), выраженная в а.е.м., численно равна молярной массе A_r(Me) = 56 а.е.м.

Основные законы химии

Задача 1. Плотность газа по воздуху равна 1,17. Определите молярную массу газа.

РешениеИз закона Авогадро следует, что при одном и том же давлении и одинаковых температурах массы равных объемов газов относятся, как их молярные массы.

m₁ ∕ m₂ = M₁ ∕ M₂

где m₁ ∕ m₂ относительная плотность первого газа ко второму, которую обозначают Д.

Следовательно, по условию задачи

Д = М₁ ∕ М₂ = 1,17

Средняя молярная масса воздуха М₂ равна 29 г/моль.

Тогда М₁ = 1,17 × 29 = 33,9 г/моль.

Задача 2. Какой объем СО₂ получится при сгорании 2 л бутана? Сколько литров кислорода вступит в реакцию? Объемы газообразных веществ измерены при одинаковых условиях.

РешениеЗапишем уравнение реакции горения бутана:

2С₄Н₁₀ + 13 О₂ = 8 СО₂ + 10Н₂О.

На основании закона Авогадро коэффициенты в уравнении реакции между газообразными веществами указывают не только на отношение между числом реагирующих и полученных молекул, но и на объемные соотношения исходных и конечных газообразных продуктов (закон объемных отношений). Приведенное уравнение можно читать так:

2л С₄Н₁₀ + 13л О₂ = 8л СО₂ + 10л Н₂О.

или на сжигание 2 л бутана требуется 13 л кислорода и при этом образуется 8 л оксида углерода (IV) и 10 л паров воды.

Задача 3. Какой объем сероводорода можно сжечь в 800 л воздуха? Какой объем диоксида серы получится при этом?

Решение В 800л воздуха содержится 800 × 0,21 = 168 л кислорода.

Запишем уравнение происходящей реакции:

2Н₂S + 3 O₂ = 2 SO₂ + 2H₂O.

Из уравнения реакции следует, что для сжигания двух объемов Н₂S требуется три таких же объема кислорода, следовательно, можно составить пропорцию:

На сжигание 2 л Н₂S требуется 3 л О₂.

На сжигание Х л Н₂О требуется 168 л О₂.

Х = 168 · 2 ∕ 3 = 112 л.

Из уравнения реакции также следует, что объем полученного SO₂ равен объему сожженного Н₂S, т. е.112 л.

Задача 4. На восстановление 7,09 г оксида двухвалентного металла требуется 2,24 л водорода . Вычислите молярные массы эквивалентов оксида и металла. Чему равна атомная масса металла?

РешениеСогласно закону эквивалентов

m_MeO∕ M_э(MeO) = V(H₂₎ ∕ V_э(H₂) (1)

Молярный объем любого газа при н. у. равен 22,4 л. Отсюда молярный объем эквивалентов водорода V_э(Н₂), молекула которого состоит из двух атомов, т. е. содержит два моля атомов водорода, равен 22,4/2 = 11,2 л. Из уравнения (1) находим молярную массу эквивалентов оксида металла:

M_э(MeO) = m_MeO·V_э(H₂) ∕ V(H₂).

M_э(MeO)= 7,09 ·11,2 ∕ 2,24 = 35,45 г/моль.

Согласно закону эквивалентов

М_э(МеО) = М_э(Ме) + М_э(О₂), отсюда

М_э(Ме) = М_э(МеО) – М_э(О₂) = 35,45 – 8 = 27,45 г/моль (8 г/моль – молярная масса эквивалентов кислорода).

Молярную массу металла определяем из соотношения:

М = М ∕ В,

где М_э – молярная масса эквивалентов;

М – молярная масса металла;

В – стехиометрическаяя валентность металла.

Тогда М = М_э× В = 27,45 × 2 = 54,9 г/моль

Так как атомная масса численно равна молярной массе, то искомая масса металла 54,9 а.е.м.

Контрольные вопросы и задачи

1 Выразить в граммах массу одной молекулы оксида серы (1V).

2 Сколько молекул содержится в 1мл водорода при нормальных условиях?

3 Какой объем при нормальных условиях занимают 27× 10²¹ молекул газа ?

4 Какой объем СО₂ получается при сгорании 2 л бутана? Объемы обоих газов измерены при одинаковых условиях.

5 При взаимодействии NH₃ c Сl образуются хлороводород и азот. В каких объемных соотношениях взаимодействуют NH₃ и Cl₂ и каково отношение объемов получающих газов ?

6 Вычислить молярную массу газа, если масса 600 мл этого газа при нормальных условиях равна 1,714 г.

7 Одинаков ли эквивалент хрома в соединениях CrCl₃ и Cr₂(SO₄)₃? Ответ поясните.

8 Одинакова ли молярная масса эквивалентов железа в соединениях FeCl₂ и FeCl₃? Ответ подтвердить расчетами.

9 На нейтрализацию 2,45 г кислоты идет 2,0 г гидроксида натрия. Определить молярную массу эквивалентов кислоты.

10 При взаимодействии фосфорной кислоты со щелочью образовался гидрофосфат натрия._. Найти значение молярной массы эквивалентов фосфорной кислоты в этой реакции.

11 Для растворения 16,8 г металла потребовалось 14,7 г серной кислоты. Определить молярную массу эквивалентов металла и объем выделившегося водорода.

Список литературы

1 Хомченко, И. Г. Общая химия : учебник / И. Г. Хомченко. – М.: Новая Волна, 2002. – 464 с.

2 Гольбрайх, З. Е. Сборник задач и упражнений по химии : учеб. пособие / З. Е. Гольбрайх, Е. И. Маслов. – 6-е изд. – М.: АСТ, Астрель, 2004. – 383 с.

3 Коровин, Н. В. Общая химия / Н.В. Коровин – М.: Высшая школа, 2010. – 559с.

4 Глинка, Н. Л. Задачи и упражнения по общей химии/ Н. Л. Глинка – Л.: Химия, 2004. – 274 с.

5 Глинка, Н. Л. Общая химия/ Н. Л. Глинка – Л.: Химия, 2002. – 653 с.

6 Курс химии/ Под ред. Г. П. Лучинского, В. И. Семишина – М.: Выс. шк., 1972,Ч.2– 372 с.

7 Курс общей химии / Под ред. Н. В. Коровина – М: Выс. шк., 1981. – 431с.