Задачи для самостоятельного решения

При определении эквивалента вещества необходимо исходить из конкретной реакции, в которой участвует данное вещество. Например, из уравнения реакции

3NaOH + H₃PO₄ = Na₃PO₄ + 3H₂O

следует, что одному иону водорода соответствует одна молекула NaOH, одна молекула Н₂О, ¹/₃ молекулы Н₃РО₄ и ¹/₃ молекулы Na₃РО₄.

Следовательно, М_э(NaOH) = М (NaOH) = 40 г/моль; М_э(Н₃РО₄) =
= ¹/₃М(Н₃РО₄) = 32,67 г/моль; М_э(Na₃PO₄) = ¹/₃M(Na₃PO₄) = 54,67 г/моль.

Число, обозначающее, какая доля от реальной частицы эквивалентна одному иону водорода или одному электрону, называют фактором эквивалентности (f_э). В рассмотренном примере f_э(NaOH) = 1, f_э(Н₃РО₄) = f_э(Na₃РО₄) = ¹/₃.

Для окислительно-восстановительных реакций используют понятие «эквивалентное число» (Z), которое равно числу электронов, присоединенных одной молекулой окислителя или отданных одной молекуле восстановителя.

Для расчета молярной массы эквивалентов вещества используют следующие формулы:

где х – число атомов металла или неметалла; z – основность кислоты или кислотность основания, соответствующие кислотному или основному оксиду. В – валентность металла.

Для вычисления объема моля эквивалентов (V_э)газов необходимо знать число молей эквивалентов в одном моле газа. Так, М_э(Н₂) =
= 1 г/моль, что в два раза меньше массы моля, следовательно, объем моля эквивалентов водорода в два раза меньше объема моля (при н.у.) и составит V_э(Н₂) = V_m : 2 = 11,2 л. Аналогично, М_э(О₂) = ¼ М(О₂) =
= 32 : 4 = 8 г/моль, отсюда объем одного моля эквивалентов кислорода в четыре раза меньше его молярного объема и составляет 5,6 л.

Суть закона эквивалентов заключается в том, что вещества взаимодействуют друг с другом в эквивалентных соотношениях:

.

Для реагирующих веществ, находящихся в растворе, закон эквивалентов удобно представить в виде

С_э(А) V(A) = C_э(В) V(В),

где С_э(А)и С_э(В) – молярные концентрации эквивалентов растворов
А и В, моль/л; V(A)и V(B) – объемы реагирующих веществ, л.

Примеры решения задач

1. Идентифицируйте металл, если при растворении 0,1257 г металла в кислоте выделилось 50,42 мл водорода (н.у.) и образовался ион металла со степенью окисления +2.

Решение. Если одно из веществ находится в газообразном состоянии, то его количество выражают в объемных единицах, и тогда согласно закону эквивалентов получаем следующую зависимость:

В результате получаем: , М_э(Ме) = 27,92 г/моль.

Так как искомый металл проявляет степень окисления +2, то его молярная масса составит: М_Ме = М_э× n = 27,92 × 2 = 55,84 г/моль, где
n – число отданных электронов металлом. Искомый металл – железо.

2. Какую массу цинка растворили в кислоте, если объем выделившегося водорода при Т = 291 К и парциальном давлении водорода 97,83 кПа равен 113 мл?

Решение. Находим объем, который занимают 113 мл водорода при н.у. Согласно закону Менделеева-Клапейрона объем Н₂ при н.у. составит:

мл.

Зная, что молярная масса эквивалента цинка равна 32,69 г/моль и объем одного моля эквивалентов водорода при н.у. равен 11,2 л, по закону эквивалентов получим:

г.

Следовательно, в кислоте растворили 0,3 г цинка.

3. При сгорании металла образуется его оксид массой 9,43 г. Молярная масса эквивалента оксида метала равна 17 г/моль. Какая масса металла вступила в реакцию?

Решение. Учитывая, что М_э(оксида металла) = М_э(кислорода) +
+ М_э(металла), можно найти молярную массу эквивалента металла:

М_э(металла) = М_э(оксида металла) – М_э(кислорода) = 17–8 = 9г/моль.

По закону эквивалентов найдем количество металла, вступившего в реакцию:

.

Откуда m_{металла}= 4,99 г.

4. На нейтрализацию 1,96 г серной кислоты израсходовано 1,12 г гидроксида калия. Вычислить молярную массу эквивалента серной кислоты.

Решение. Находим, в каком мольном соотношении прореагировали вещества:

моль;

моль.

Следовательно, реакция протекает с образованием кислой соли по уравнению:

H₂SO₄ + KOH = KHSO₄ + H₂O.

Из уравнения реакции следует, что только один атом водорода в молекуле серной кислоты замещается на металл.

Следовательно, M_э(H₂SO₄) = M(H₂SO₄) = 98г/моль.

5. Металл образует два хлорида, содержащих соответственно 73,86 и 84,96 % (масс.) металла. Вычислите молярные массы эквивалентов металла в каждом соединении.

Решение. Вычислим содержание хлора в первом хлориде, приняв массу хлора за 100 %:

100 – 73,86 = 26,17 %,

т.е. на 73,86 частей массы металла приходится 26,14 частей массы хлора или на 73,86 г металла приходится 26,14 г хлора.

Зная, что молярная масса эквивалента иона хлора равна 35,5 г/моль, определим молярную массу эквивалента металла в первом хлориде по закону эквивалентов:

отсюда

г/моль.

Аналогично, на 84,96 г металла приходится 15,04 г хлора во втором хлориде. Oтсюда находим молярную массу эквивалента металла во втором хлориде:

М_э(Ме) = 84,96× 35,5 /15,04 = 200,5 г/моль.

ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

Задание 1. Даны вещества (см. вариант в табл. 1). Укажите класс соединения. По формуле соединения определите молярную массу эквивалента М_э, степень окисления и процентное содержание каждого элемента. Составьте структурную формулу соединения.

Т а б л и ц а 1

Номер варианта	Соединение	Номер варианта	Соединение
	НClO4, Al(OH)3, K2O In2O3, H2Cr2O7, NiCl2 KHCO3, H2SO3, P2O5 Ca(OH)2, H2ZnO2, SO3 Fe(OH)2Cl, BrF3, PbO2 FeS2, H3AsO4, OF2 ClO2, H3BO3, Zn(OH)2 I2O5, Ca3(PO4)2, H2Se H2O2, K2GeO3, HClO K2MnO4, NO2, H2S CoO(OH), HgSO4, NH3 N2H4, Sr(OH)2, HNO2 NH2OH, HАlO2, N2O5 O2F2, H3AlO3, CaCl2 K2SO3, Cr(OH)3, BaO2		MgCO3, H2SnO2, CrO3 H2SeO3, Na2O2, BCl3 V2O5, H2PbO3, Na2SiO3 H3SbO4, Mn(OH)2, SO2 Cr2(SO4)3, Fe(OH)2, HCl Na3VO4, B(OH)3, KH HClO2, Na2HPO4, LiH HIO,GeO2,(FeOH)SO4 KClO, Pb(OH)2, CH4 NaBiO3, HAsO2, Cu2O AuCl3, Ba(CrO2)2, HBr FeSO4,Cu(OH)2, Sb2O3 PbCrO4, MoO3, Ni(OH)2 MgOHCl, ClO2, H2WO4 CaO2, H2TeO2, Al2S3

Задание 2. Рассчитайте молярную массу эквивалента М_э двухвалентного металла, если при его взаимодействии массой m_Me (см. вариант в табл. 2) с кислотой выделяется водород объемом V(H₂), измеренный при определенной температуре и давлении. Назовите металл.