Основные расчетные формулы молярных масс эквивалентов

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЛЯРНОЙ МАССЫ ЭКВИВАЛЕНТА МЕТАЛЛА

(Mg, Al или Zn) МЕТОДОМ ВЫТЕСНЕНИЯ ВОДОРОДА

Цель работы: ознакомление с понятием эквивалента вещества и методикой расчета, связанной с законом эквивалентов.

Теоретическая часть

Эквивалент (Э) – это реальная или условная частица вещества, которая может замещать, присоединять или быть каким-либо другим образом эквивалентна (равноценна) одному иону водорода (Н⁺) в кислотно-основных или ионно-обменных реакциях или одному электрону (е^–) в окислительно – восстановительных реакциях. Так же, как молекула, атом или ион, эквивалент безразмерен. И так же, как в случае молекул, атомов или ионов, состав эквивалента выражают с помощью химических знаков и формул.

Для того, чтобы определить состав эквивалента вещества и правильно записать его химическую формулу, надо исходить из конкретной реакции, в которой участвует данное вещество.

Рассмотрим несколько примеров определения формулы эквивалента.

. (а)

С одним ионом водорода реагирует один ион гидроксила, поэтому Э .

. (б)

В реакции (б) один ион водорода эквивалентен 1/2 иона кальция, одному иону и одному иону . Следовательно Э ; Э ; Э .

Запишем уравнение этой реакции в молекулярной форме:

.

Одному иону Н⁺ эквивалентна 1/2 молекулы Са(ОН)₂, следовательно, Э . В реакции

(в)

эквиваленты AlCl₃ и AlNO₃ можно определить косвенным путем, введя вспомогательные реакции:

Одному иону водорода (Н⁺) эквивалентна 1/3 молекулы AlCl₃ и молекула AgNO₃, следовательно Э ; и Э .

. (г)

В этой окислительно-восстановительной реакции с одним ионом цинка взаимодействуют два электрона. Поэтому эквивалент Э

. (д)

В этом случае один ион реагирует с тремя электронами и, следовательно, Э

(е)

В данной окислительно-восстановительной реакции атом марганца в молекуле KMnO₄ принимает пять электронов и превращается в марганец со ст. ок. +2

.

В молекуле FeSO₄ атом железа отдает один электрон и превращается в железо со ст. ок. +3

.

Поэтому Э ;

Э .

Величина, показывающая какая доля реальной частицы соответствует эквиваленту, получила название фактора эквивалентности , z – всегда целое положительное число и называется эквивалентное число.

В обменных реакциях величина z равна суммарному заряду обменивающихся ионов, т.е. z = число ионов ´ заряд иона. В реакции

(ж)

.

В реакции (б) ; в реакции (д) .

Количество вещества измеряют в молях. Один моль эквивалентов содержит столько же эквивалентов, сколько атомов углерода содержится в 0,012 кг углерода – 12, т.е. 6,02 ∙ 10²³ атомов. Количество вещества эквивалентов определяется формулой . Масса моля эквивалентов называется молярной массой эквивалента М_э.

Например, молярные массы эквивалентов в рассматриваемых ранее реакциях равны:

г/моль;

г/моль и т.д.

Молярная масса эквивалентов вещества определяется формулой:

(для водорода – 1 г/моль; для кислорода – 8 г/моль).

Состав эквивалента вещества зависит от реакции, поэтому молярная масса эквивалента одного и того же вещества может быть разной. Например, молярная масса эквивалента FeSO₄ в реакции

FeSO₄ + 2HCl = FeCl₂ + H₂SO₄

равна 75,925 г/моль, т.к. Э , т.е.

г/моль = 75,925 г/моль,

а в реакции

;

Э(FeSO₄) = FeSO₄; М_Э(FeSO₄) = М(FeSO₄) = 151,85 г/моль.

Основные расчетные формулы молярных масс эквивалентов

Сложных веществ

Молярная масса эквивалентов элемента в соединении А_аВ_в:

,

где в – эквивалентное число.

Молярная масса эквивалентов оксида А₂О_в:

.

Молярная масса эквивалентов кислоты Н_аВ:

,

где а – основность кислоты.

Молярная масса эквивалентов основания А(ОН)_в:

,

где в – кислотность основания.

Молярная масса эквивалентов соли А_аВ_в:

.

Моль любого газа при нормальных условиях занимает объем V_m = 22,4 л. Соответственно, для вычисления объема моля эквивалентов газа необходимо знать число молей эквивалентов в одном моле газа. Например, в реакции окисления водорода

Э , поэтому , значит один моль эквивалентов водорода занимает при нормальных условиях объем

л.

Объем одного моля эквивалентов кислорода в реакции восстановления

равен 22,4 : 4 = 5,6 л, т.к. Э , . Объем эквивалентов вещества определяется формулой:

(для водорода – 11,2 л/моль, для кислорода – 5,6 л/моль).

Закон эквивалентов: вещества реагируют друг с другом в эквивалентных соотношениях, т.е. моль эквивалентов одного вещества реагирует с молем эквивалентов другого вещества.

Например, в реакции:

;

; ,

т.е. один моль эквивалентов цинка ( моль Zn) реагирует с одним молем эквивалентов кислоты (1 моль HCl) с образованием одного моля эквивалентов хлорида цинка ( моль ZnCl₂). В соответствии с законом эквивалентов количество веществ эквивалентов реагирующих соединений равны:

,

где Т – вещество, вступающее в реакцию с анализируемым соединением.

Раствор, содержащий один моль эквивалентов вещества в литре, называется «нормальным». Нормальная концентрация раствора выражается в кмоль/м³ или моль/л и обозначается «Н» или «N». Закон эквивалентов для реакции:

mA + nB = A_mB_n,

протекающей в растворе, можно записать следующим образом:

,

где V_A и V_B – объемы реагирующих растворов; N_А и N_В – их нормальные концентрации.

Закон эквивалентных отношений можно выразить формулой:

.

Определение количества вещества эквивалентов А

.

Для удобства расчетов в аналитике используют вспомогательный способ выражения состава раствора – молярную концентрацию эквивалента :

.