Практическая работа №1. Основные законы химии Название закона Формулировка закона Автор

Основные законы химии

Название закона	Формулировка закона	Автор, год открытия	Примечание
Закон сохранения массы	Масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, образовавшихся в результате реакции	М.В.Ломоносов, 1748р. (русский учёный) А.Л.Лавуазье, 1789р. (французский учёный)	При реакции остаётся постоянной не только общая масса вещества, но и масса каждого из взаимодействующих элементов.
Закон эквивалентности массы и энергии	Изменению массы на величину ∆m соответствует в целом определённое изменение энергии	А. Эйнштейн (немецкий физик)	Е = m·c2, де с – скорость света.
Закон кратных отношений	Если два элемента образуют друг с другом несколько соединений молекулярного строения, то одинаковому количеству одного из них соответствуют такие количества другого, соотносящиеся между собой как небольшие целые числа.	Дж. Дальтон, 1803р. (английский учёный)	В СО і СО2 одной массовой части углерода С соответствуют разные массовые части кислорода О, которые соотносятся между собой как 1 : 2
Закон простых объемных отношений	При одинаковых условиях вступающие в реакцию газы относятся другу к другу, а также к объёмам газообразных продуктов реакции как небольшие целые числа.	Гей-Люссак, 1808р. (французский учёный)	При взаимодействии 2 объёмов водорода и одного объёма кислорода образуется 2 объёма водяного пара. 2Н2 + О2 → 2Н2О
Закон Авогадро	В одинаковых объёмах разных газов, находящихся при одинаковых условиях (температуре и давлении), содержится одинаковое число молекул.	А.Авогадро, 1811р. (итальянский физик)
Закон постоянства состава вещества	Любое химически чистое вещество имеет одинаковый качественный и количественный состав независимо от способа получения.	Ж.Л.Пруст, 1789р. (французский учёный)	Малахит, добытый в Сибири и в Испании, имеет одинаковый состав
Закон эквивалентов	Химические элементы соединяются друг с другом, а вещества реагируют между собой в количествах, пропорциональных их эквивалентам.	И. Рихтер, 1792-1794р.р. (немецкий учёный)

Закон постоянства состава способствовал введению в химию понятий «эквивалент», «молярная масса эквивалента».

Эквивалентом элемента называют такое его количество, которое соединяется с 1 молем атомов Водорода, или замещает такое же самое количество атомов Водорода в химических реакциях.

Масса одного эквивалента элемента называется эквивалентной массой.

Например, в соединениях НF, Н₂О, NH₃ эквиваленты Фтора, Кислорода и Азота равны 1, 1/2, 1/3 моль, а молярные массы эквивалентов соответственно 18,99; 8; 4,67.

Стехиометрическая валентность: В = ,

де М – молярная масса вещества;

М_екв – молярная масса эквивалента

Эквивалент элемента можно рассчитать двумя способами:

1. Прямой метод (по составу соединения этого элемента с любым другим элементом с известным эквивалентом).

Е_А ‑ q

Е_В ‑ (m ‑ q) отсюда,

1. Метод вытеснения. Расчет проводят по водороду. Учитывают массу металла, вытесняющего водород с воды, кислоты или щёлочи и массу вытесненного водорода.

Эквивалент химического элемента рассчитывают по формуле: ,

де m – масса вытесненного водорода, г; q – масса взятого металла, г.

Если в реакции принимают участие газообразные вещества, то используют понятие эквивалентный объём (объём, который занимает при данных условиях 1 эквивалент газообразного вещества).

При нормальных условиях эквивалентный объём водорода равен 11,2л, эквивалентный объём кислорода – 5,6л.

Задачи для решения:

1. Определить эквивалентную массу Азота в кислородсодержащих соединениях следующего состава: а) N₂O; б)NO; в) N₂O₃; г) NO₂; д) N₂O₅. (Ответ: а)14 г/моль; б) 7 г/моль; в) 4,67г/моль; г) 3,5г/моль; д) 2,8 г/моль)
2. Соединение элемента Х с кислородом содержит 60% данного элемента. Вычислить его эквивалентную массу. (Ответ: 12 г/моль)
3. Вычислить эквивалентную массу металла, 1 г которого вытесняет из кислоты 700мл водорода, измеренного при н.у. (Ответ: 16 г/моль)
4. Вычислить эквивалентную массу металла, 1 г оксиду которого образует 1,81 г сульфата этого металла. (Ответ: 100,6 г/моль)
5. Вычислить эквивалентную массу Нg, если из 1г её оксида при нагревании выделяется 51,7мл кислорода. (Ответ: 100,3 г/моль)
6. Хлорид металла содержит 31% металла с атомной массой 47,9. Вычислить валентность металла. (Ответ: 3)
7. Оксид шестивалентного элемента содержит 48% Кислорода. Вычислить атомную массу элемента. (Ответ: 52 а.о.м.)
8. При пропускании сероводорода через раствор, содержащий 1,35г хлорида металла, образуется 0,96г его сульфида. Вычислить эквивалентную массу металла. (Ответ: 32 г/моль)
9. Вычислить эквивалентную массу металла, если из 1,85г гидроксида образуется 2,5г карбоната. (Ответ: 20 г/моль).

þ Эквивалентом сложного вещества называется условная частичка этого вещества, которая в данной реакции соединяется с одним атомом или ионом Водорода, или замещает его.

Реакция: 2НСІ + Са(ОН)₂ → СаСІ₂ + 2Н₂О

Двум атомам Водорода в НСІ соответствует одна часть Са(ОН)₂ (одному атому Н эквивалентна условная частица, равная ½ Са(ОН)₂).

Эквивалент вещества кислоты или основания изменяется и зависит от реакции, в которой это вещество принимает участие.

þ Число, показывающее какая часть реальной частички вещества Х эквивалентна одному иону водорода в данной кислотно-основной реакции, называется фактором эквивалентности вещества Х.Обозначается f_екв (Х), величина безразмерной.

f_екв (Са (ОН)₂) = ½, а f_екв (НСІ) = 1

Фактор эквивалентности отдельных веществ можно рассчитать по формулам:

Для кислоты фактор эквивалентности равен обратной величине основности (число ионов Н⁺ в молекуле кислоты, которые замещаются в реакции на метал):

f_екв (кислоты) = 1/N (H⁺)

f_екв (НNO₃) = 1; f_екв (Н₂СО₃) = ½; f_екв (Н₃РО₄) = 1/3.

Для основания фактор эквивалентности равен обратной величине кислотности (число ионов ОН^- в молекуле основания, которые замещаются в реакции на метал):

f_екв (основания) = 1/N (ОH^-)

f_екв (Zn (ОН)₂) = ½; f_екв (КОН) = 1; f_екв (АІ (ОН)₃) = 1/3; f_екв (Pb(ОН)₄) = ¼.

Фактор эквивалентности в реакциях обмена определяют в зависимости от стехиометрии реакции (от образованного продукта):

H₂SO₄ + NaOH → NaHSO₄ + H₂O,

f_екв(H₂SO₄) =1 (в реакции – замещение 1 катиона водорода на катион натрия.

H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O,

f_екв(H₂SO₄)= 1/2 (в реакции – замещение 2-х катионов водорода на катионы натрия).

þ Величина f_екв(Х)Х называется эквивалентом вещества Х,или эквивалентной формой Х и является общей формой обозначения всех частичек, реагирующих в кислотно-основных реакциях.

Форма записи эквивалента серной кислоты:

f_екв(H₂SO₄)H₂SO₄) = H₂SO₄

для реакции: H₂SO₄ + NaOH → NaHSO₄ + H₂O;

f_екв(H₂SO₄)H₂SO₄) = ½ H₂SO₄

для реакции: H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O.

Фактор эквивалентности вещества в кислотно-основных реакциях может равняться 1 или быть меньше 1: f_екв(Х)<1.

Для эквивалентов как условных частиц можно вычислить молярную массу и количество вещества.

þ Молярная масса эквивалентаf_екв(Х)Х – это масса одного моля вещества эквивалента f_екв(Х)Х.

Молярная масса вещества эквивалента равна произведению фактора эквивалентності f_екв(Х) на молярную массу вещества Х.

Форма записи молярной массы вещества эквивалента f_екв(Х)Х:М(f_екв(Х)Х)и рассчитывается по формуле:

М(f_екв (Х)Х) = f_екв (Х) ∙ М(Х);

М(f_екв (H₂SO₄)H₂SO₄) = f_екв (H₂SO₄) ∙M(H₂SO₄).

· Для реакции (1): М(f_екв(H₂SO₄)H₂SO₄) = 1∙ 98 = 98г/моль;

· Для реакции (2): М(f_екв(H₂SO₄)H₂SO₄) = ½ ∙98 = 49г/моль;

М(1/2 H₂SO₄) = ½ ∙ 98 = 49 г/моль.

Фактор эквивалентности показывает во сколько раз молярная масса эквивалента данного вещества меньше, чем её молярная масса.

М(f_екв (НСІ)НСІ) = М(НСІ)·1 = 36,46·1 = 36,46г/моль → М(f_екв (НСІ)НСІ) = М(НСІ)

М(f_екв(H₃PO₄)H₃PO₄) = = = 32,66г/моль → М(1/3 H₃PO₄)

М(f_екв(MgO)MgO) = = = 20,16г/моль → М(1/2 MgO)

М(f_екв(Ca(OH)₂)Ca(OH)₂) = = = 37,05г/моль → М(1/2 Ca(OH)₂)

М(1/6 Fe₂(SO₄)₃) = = = 66,65г/моль

Вывод: молярная масса вещества эквивалента меньше молярной массы данного вещества в то количество раз, что соответствует фактору эквивалентности.

þ Количество вещества эквивалента –это количество вещества (в молях), которое состоит из эквивалентов (f_екв(Х)Х). Единицей количества вещества эквивалента есть моль.

Форма записи количества вещества эквивалента: n ( f_екв (Х)Х).

Вычислить количество вещества эквивалента можно по формуле:

n( f_екв (Х)Х )=

Связь молярной массы вещества эквивалента, количества вещества эквивалента с массой вещества m (Х) выражается:

m (Х) = ,

Отсюда, количество вещества эквивалента равно:

;

Согласно закону эквивалентов: все вещества взаимодействуют в одинаковых количествах вещества эквивалента.

Задачи для решения:

1. Вычислить количество вещества эквивалента гидроксида кальция, если масса Са(ОН)₂ равна 2,3 г. (Ответ: 0,06 моль)
2. Фактор эквивалентности серной кислоты в реакции с гідроксидом натрия равен ½. Какая масса гидроксида необходима для реакции с кислотой массой 19,6г ? (Ответ: 16 г)
3. Серная кислота массой 4,9 г прореагировала с гідроксидом калия массой 2,8 г. Вычислить молярную массу вещества эквивалента серной кислоты и написать уравнение реакции. (Ответ: 98 г/моль, f_екв(H₂SO₄) =1, образуется кислая соль)

Эквивалент вещества, фактор эквивалентности, молярная масса эквивалента в окислительно-восстановительных реакциях отличаются от их значений в реакциях обмена.

þ Эквивалент окислителя или восстановителя – условна часть вещества, которая в данной окислительно-восстановительной реакции эквивалентна одному полученному или отданному электрону одной молекулой вещества.

Число, показывающее количество отданных иди принятых электронов одним атомом, ионом или молекулой, называется фактором эквивалентности (f_екв).

Для вычисления фактора эквивалентности и молярной массы эквивалента нужно:

ü написать уравнение окислительно-восстановительной реакции;

ü составить электронный баланс;

ü по количеству электронов, отданных или присоединённых одной молекулой (ионом), определить фактор эквивалентности f_екв;

ü вычислить молярную массу эквивалента окислителя и восстановителя:

Практическая работа №1

Тема:Вычисление молярных масс эквивалентов веществ

Вариант № 1

1. Рассчитайте молярную массу эквивалента для следующих веществ: НNO₃, NaOH, Ca(OH)₂, AICI₃, CuSO₄, Fe₂(SO₄)₃.
2. Чему равна молярная масса эквивалента сернистой кислоты в реакциях: а) полной нейтрализации; б) неполной нейтрализации.
3. Вычислить молярную массу эквивалента окислителя и восстановителя в реакции:

H₂S + KMnO₄ + H₂SO₄ ® S + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O