Как определить эквивалентную массу металла при сгорании

Определение эквивалентной массы вещества

Задача №1 При сгорании 5,00г металла образуется 9,44г оксида металла. Определить эквивалентную массу металла.

Решение:

Из условия задачи следует, что в оксиде металла на 5г металла приходится 4,44г кислорода (9,44 – 5 = 4,44). Согласно закону эквивалентов, массы (объёмы) взаимодействующих веществ пропорциональны их эквивалентным массам. Учитывая, что эквивалентная масса кислорода равна 8 г/моль, составляем пропорцию:

5г металла эквивалентны 4,44г кислорода mЭ(Ме) г/моль металла эквивалентны 8г/моль кислорода

Откуда mЭ(Ме) = 8 . 5/4,44 = 9,01г/моль.

Ответ: mЭ(Ме) = 9,01г/моль.

Задача №2 Одно и то же количество металла соединяется с 0,200г кислорода и с 3,17г одного из галогенов. Определить эквивалентную массу галогена.

Решение: 

I Вариант

Из условия задачи следует, что 0,200г кислорода и 3,17г галогена эквивалентно соединяются с металлом. Согласно закону эквивалентов, массы взаимодействующих веществ пропорциональны их эквивалентным массам.   Учитывая, что эквивалентная масса кислорода равна 8 г/моль, составляем пропорцию:

0,200г кислорода эквивалентны 3,17г галогена  mЭ(О2) 8г/моль кислорода эквивалентны mЭ(Г)  Х г/моль

Откуда: mЭ(Г) 8 . 3,17/0,200 = 126,8г/моль.

Ответ: mЭ(Г) = 126,8г/моль.

II Вариант

• Согласно закону эквивалентов, массы (объёмы) реагирующих друг с другом веществ m1 и m2 пропорциональны их эквивалентным массам (объёмам):
• Таким образом, количество эквивалентов галогена и кислорода численно равны между собой, что составляет:
• Зная количество эквивалентов и массу вещества можно определить эквивалентную массу этого вещества:
•  Ответ: 126,г/моль.

Задача №3 Масса 1л кислорода равна 1,4г. Сколько литров кислорода расходуется при сгорании 21г магния, эквивалент которого равен 1/2 моля? 

Решение:

Находим эквивалентную массу магния: mЭ(Mg) = 1/2M(Mg) =24/2 = 12г/моль. Следовательно, 21г магния составляет 21/2 =1,75 эквивалентной массы Mg. Согласно закону эквивалентов масса израсходованного кислорода составляет 1,75 его эквивалентной массы. Учитывая, что эквивалентная масса кислорода равна 8 г/моль, рассчитаем массу кислорода, расходуемую на сжигание магния: m(O2) = 1,75 . 8 = 14г. Зная, что 1л кислорода по массе составляет 1,4г, рассчитаем объём кислорода расходуемого при сгорании 21г магния, составив пропорцию: 

1,4 : 1 = 14 : х;  х = 14 . 1/1,4 = 10л.

Ответ: V(O2) = 10л.

Задача№4 Определить эквивалентные массы металла и серы, если 3,24г металла образует 3,48г оксида и 3,72г сульфида.

Решение:

Из условия задачи следует, что в оксиде металла на 3,24г металла приходится 0,24г кислорода (3,48 – 3,24 = 0,24г). Согласно закону эквивалентов, массы (объёмы) реагирующих друг с другом веществ m1 и m2 пропорциональны их эквивалентным массам (объёмам). Так как эквивалентная масса кислорода составляет 8г/моль, то эквивалентную массу металла находим из пропорции:

8 : 0,24 = х : 3,24; х = 8 . 3,24/0,24 =108г/моль.

В сульфиде металла на 3,24г металла приходится 0,48г серы (3,72 – 3,24 = 0,48г). Эквивалентную массу серы находим из пропорции:

3,24 : 108 = 0,48 : х; х = 108 . 3,24/0,48 = 16г/моль.

Ответ: mэ(Me) = 108г/моль;  mэ(S) = 16г/моль.

Задача№5 Вычислить атомную массу двухвалентного металла и определить, какой это металл, если 8,34г металла окисляются 0,680л кислорода (условия нормальные).

Решение:

Зная, что эквивалентный объём кислорода равен 5,6л/моль, рассчитаем эквивалентную массу металла, составив пропорцию: 

8,345 : 0,680 = х : 5,6;  х = 8,34 . 5,6/0,680 = 68,68г/моль.

1. Атомную массу металла находим, учитывая, что металл двухвалентный, умножением его эквивалентной массы на 2:
2. М(Ме)  =  mэ(Ме) . В, где
3. В – валентность металла; М – молярная масса металла; mэ(Ме) – эквивалентная масса металла.

М(Ме)  = 68,68 . 2 = 137,4г/моль.

Определяем, какой это металл по таблице «Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева», учитывая, что его атомная масса составляет 137,4. Такой атомной массе соответствует барий – элемент№56.

Ответ: 137,4; Ba.

Задача№6 Мышьяк образует два оксида, из которых один содержит 65,2% (масс.) As, а другой 75,7% (масс.) As. Определить эквивалентные массы мышьяка в обоих оксидах.

Решение:

а) Находим формулу оксида мышьяка, учитывая, что оксид содержит 65,2% As по массе. Тогда оксид содержит кислорода по массе 34,8% (100 – 65,2 = 34,8). Находим формулу оксид мышьяка:

• AsхОу = х : у = 65,2/Ar(As) : 34,8/Ar(O2) = 65,2/74,92 : 34,8/16 = 1 : 2,5  = 2 : 5
• Формула оксида будет иметь вид: As2O5.
• M(As2O5) = 229,84г/моль.
• Находим массу мышьяка и массу кислорода в оксиде:

m(As) = 74,92 . 2 = 149,84г; m(O2)  = 16 . 5 = 80г.

1. Согласно закону эквивалентов массы элементов в оксиде пропорциональны их эквивалентным массам:
3. б) Подобные расчеты производим, учитывая, что оксид содержит 75,7% As и 24,3% О2 (100 – 75,7 = 24,3) по массе:
4. AsхОу = х : у = 75,7/74,92 : 24,3/16 = 1,01 : 1,51 = 1 : 1,5 2 : 3
5. Формула оксида будет иметь вид: As2O3.

M(As2O5) = 197,84г/моль. m(As) = 74,92 . 2 = 149,84г; m(O2)  = 16 . 3 = 48г.

• Ответ: а) 15г/моль; 24,97г/моль.

Задача№7 ,00г некоторого металла соединяется с 8,89г брома и с 1,78г серы. Найти эквивалентные массы брома и металла, зная, что эквивалентная масса серы равна 16,0 г/моль.

Решение:

Согласно закону эквивалентов, массы (объёмы) реагирующих друг с другом веществ m1 и m2 пропорциональны их а (объёмам):

2. Находим эквивалентную массу брома, учитывая, что эквивалентная масса металла равна 9г/моль:
4. Ответ: 9г/моль; 79,9г/моль.

Задача№8 Эквивалентная масса хлора равна 35,5 г/моль, мольная масса атомов меди равна 63,5 г/моль. Эквивалентная масса хлорида меди равна 99,5 г/моль. Какова формула хлорида меди?

Решение:

Согласно закону эквивалентов:

• mэ(соли) = mэ(Cu) + mэ(Cl2).
• Отсюда mэ(Cl2) = mэ(соли) — mэ(Cl2) = 99,5 – 35,5 = 64г/моль.
• Зная эквивалентные массы хлора и меди можно определить количество их атомов в молекуле соли: mэ(А) = М(А)/mэ(А).
• Тогда:  CuxCly = x : y = 63,5/63,546 : 35,45/35,5 = 0,992 : 0,999 = 1 : 1
• Отсюда CuxCly = CuCl.
• Ответ: CuCl.

Задача№9.  Для растворения 16,8г металла потребовалось 14,7г серной кислоты. Определить эквивалентную массу металла и объем выделившегося водорода (условия нормальные).

Решение:

M(H2SO4) =98г/моль. Находим массу водорода в 14,7г серной кислоты, составив пропорцию: 98 : 2 14,7 : х;

х = 2 . 14,7/98 = 0,3г.

1. Согласно закону эквивалентов массы взаимодействующих веществ пропорциональны их эквивалентным массам:
3. Учитывая, что эквивалентный объём водорода равен 11,2л/моль, рассчитаем объём который занимает 0,3г водорода: из пропорции: 

1 : 11,2 = 0,3 : х; х = 11,2 . 0,3/ 1 = 3,36л.

Ответ: mэ(Ме) = 56г/моль; V(H2) = 3,36л.

Задача№10 На восстановление 1,80г оксида металла израсходовано 883 мл водорода, измеренного при нормальных условиях. Вычислить эквивалентные массы оксида и металла.

Решение:

Согласно закону эквивалентов, массы (объёмы) реагирующих друг с другом веществ m1 и m2 пропорциональны их эквивалентным массам (объёмам):

Так как водород находится в газообразном состоянии, то, соответственно, его количество измеряется в объёмных единицах (мл, л, м3). Мольный объём любого газа при н.у. равен 4л.

Отсюда эквивалентный объём водорода равен, молекула которого состоит из двух атомов, т. е. содержит два моля атомов водорода, равен 22,4/2 = 11,2 л/моль или 12000мл/моль.  Отношение заменим равным ему отношением   — объём водорода; 

•  — эквивалентный объём водорода.
• Тогда получим отношение
• Находим эквивалентную массу оксида металла:
• Согласно закону эквивалентов: 
• Ответ: 22,83г/моль; 14,83г/моль.

Эквивалент, эквивалентная масса, закон эквивалентов — задачи с решениями и примерами

Решение:

Задача:

Решение:

Для кислот эквивалентная масса определяется по формуле

Так как число атомов водорода кислоты пн, участвующих в реакции, не указывается, в расчетной формуле принимается максимальное число атомов водорода в кислоте, способных участвовать в реакции: .

Задача:

Вычислить эквивалентную массу металла, зная, что его хлорид содержит 65,57 % хлора. Эквивалентная масса хлора равна 35,45 г/моль.

Решение:

Так как запишем ;

Задача:

5,2 г металла взаимодействуют с 3,5 г азота, образуя нитрид. Какой это металл, если его валентность равна 1, а валентность азота — 3?

Решение:

Согласно закону эквивалентов

Неизвестный металл — литий, с молярной массой, равной 6,9 г/моль.

Задача:

5 г алюминия, взаимодействуя с кислородом, образуют 9,44 г оксида алюминия. Найти эквивалентную массу алюминия и его валентность. Определить химическую формулу оксида алюминия.

Решение:

где

Химическая формула оксида алюминия — .

Задача:

Определенное количество металла взаимодействует с 1,78 г серы или с 8,89 г брома. Определить эквивалентную массу брома, если эквивалентная масса серы равна 16 г/моль.

• Решение:
• Так как количества эквивалентных масс реагирующих между собой веществ равны: получаем:
• или
• откуда

Задача:

Какую валентность проявляет железо, если для растворения 5,58 г его потребовалось 7,3 г соляной кислоты? Какова формула образующегося хлорида железа?

Решение:

где = 36,5 г/моль.

Формула образующегося хлорида — .

Задача:

Определить количества соляной, уксусной и серной (разбавленной) кислот, необходимые для растворения 10 г цинка (валентность цинка равна 2).

Решение:

Задача:

1. Составить уравнение реакции взаимодействия гидроксида натрия с ортофосфорной кислотой, если известно, что 8 г NaOH реагируют с 9,8 г фосфорной кислоты без остатка.
2. Решение:
3. Кислотность щелочи равна 1, поэтому эквивалентная масса NaOH будет следующей:

Так как основность фосфорной кислоты равна 3, то число атомов водорода, участвующих в реакции, может быть 1, 2 и 3.

Для написания уравнения реакции необходимо определить число атомов водорода в фосфорной кислоте , участвующих в реакции:

Уравнение химической реакции следующее:

• Эти задачи взяты со страницы решения задач по неорганической химии:
• Задачи с решением по неорганической химии
• Возможно эти страницы вам будут полезны:

Глава 1. Основные законы химии

1.1 Стехиометрические законы

Наиболее важное практическое значение имеют следующие законы химии: стехиометрические и газовые.

1.1.1 Количество вещества — моль вещества

Каждый химический элемент отличается от других не только химическим символом (качественная характеристика), но некоторыми количественными параметрами. К ним относятся, прежде всего, атомная масса элемента и заряд его ядра (или порядковый номер элемента).

Эти характеристики для каждого атома элемента приведена в Периодической системе элементов Д. И. Менделеева. Однако следует отметить, что приведенные массы атомов являются относительными величинами (так называемыми, атомными единицами массы или а.е.м.).

Молекулярная массахимического соединения также легко определима, так как она равна сумме атомных масс составляющих данную молекулу атомов.

Однако количественные расчеты на практике необходимо проводить в привычных единицах массы (граммы, килограммы и т.д.), поэтому основная трудность, с которой сталкиваются при изучении химии — переход от относительных атомных и молекулярных масс химических веществ к единицам массы.

• Переход к более привычным единицам массы (в граммах, например) легко осуществим, если использовать для этого одно из основных понятий химии — моль вещества.
• Моль вещества — это количество вещества, содержащее 6,02·1023 атомов или молекул этого вещества.
• Количественно масса 1 моль вещества — масса вещества в граммах, численно равная его атомной или молекулярной массе.

Пример: молекулярная масса воды H2O равна 18 а.е.м. (атомная масса водорода — 1, кислорода — 16, итого 1+1+16=18). Значит, один моль воды равен по массе 18 граммов, и эта масса воды содержит 6,02·1023 молекул воды.

Аналогично, масса 1 моля серной кислоты H2SO4 равна 98 граммов (1+1+32+16+16+16+16=98), а масса одной молекулы H2SO4 равна: 98г/6,02·1023 = 16,28·10-23 г.

Число 6,02·1023 называется числом Авогадро и является важнейшей мировой константой (NA = 6,02·1023 моль-1).

Таким образом, любое химическое соединение характеризуется массой одного моля или мольной (молярной) массой М, выражаемой в г/моль. Значит, М(H2O) = 18 г/моль, а М(H2SO4) = 98 г/моль.

Связь между количеством n (в молях) и массой m (в граммах) вещества выражается формулой:

Возникает закономерный вопрос о необходимости введения термина «мольная масса вещества» и его применения, ведь для измерения массы вещества уже имеются величины, входящие в систему СИ: килограмм, грамм, тонна и т.д. Вопрос отпадает, если рассмотреть применение данных величин при анализе химических уравнений.

В общем случае уравнение химической реакции записывают в виде

1. где: A, B, C, D — вещества; a, b, c, d — коэффициенты уравнения.
2. Принято в левой части уравнения записывать исходные (реагирующие) вещества, а в правой части — продукты химической реакции.
3. В качестве примера рассмотрим простое химическое взаимодействие:
4. 2Н2 + О2 = 2Н2О.
5. Данная запись показывает, что при взаимодействии двух молекул газообразного водорода Н 2 и одной молекулы газообразного кислорода О2 образуется две молекулы воды.
6. Учитывая, что М(Н2) = 2 г/моль, М(О2) = 32 г/моль и М(Н2О) = 18 г/моль, и сохраняя соотношения между числом молекул реагирующих веществ и продуктов реакции , имеем следующую картину:

• Из данного примера видно, что количество моль реагирующих и образующихся в результате химической реакции веществ прямопропорционально коэффициентам в уравнении химической реакции.
• Это позволяет проводить количественные расчеты, используя уравнения заданных химических реакций.
• Пример: определить массуобразующейся воды при сжигании 16 граммов водорода в избытке кислорода.
• Решение.
• Используем уже знакомое нам уравнение реакции и расставим в нем требуемые величины.

1. Составим пропорцию:
2. при сгорании 4 граммов Н2 образовалось 36 граммов Н2О
3. при сгорании 16 граммов Н2 образовалось Х граммов Н2О
4. или 4 : 36 = 16 : Х.
5. Отсюда Х = 144 грамма — масса образующейся воды.

1.1.2 Эквивалентная масса (молярная масса эквивалента вещества)

Эквивалентная масса (молярная масса эквивалента вещества) mэкв также является одной из важнейших характеристик вещества.

По определению эквивалент вещества — это такое количество химического вещества, которая реагирует с 1 г водорода или вытесняет такое же количество водорода из его соединений.

Величина mэкв определяется или экспериментально, или, чаще всего, исходя из химической формулы вещества и его принадлежности к тому или иному классу химических соединений (мы будем рассматривать только неорганические соединения)

• mэкв(оксида) = Моксида/(число атомов кислорода·2);
• mэкв(основания) = Моснования/кислотность основания;
• mэкв(кислоты) = Мкислоты/основность кислоты;
• mэкв(соли) = Мсоли/(число атомов металла·валентность металла).
• Можно отметить, что в большинстве случаев кислотность основания равна числу гидроксильных групп в формуле основания, а основность кислоты равна числу атомов водорода в формуле кислоты.
• Например: mэкв(Fe2O3) = М(Fe2O3)/(3·2) = 160/6 = 26,7 г/моль;
• mэкв(H2SO4) = M(H2SO4)/2 = 98/2 = 49 г/моль;
• mэкв(Ca(OH)2) = M(Ca(OH)2)/2 = 74/2 = 37 г/моль;
• mэкв(Al2(SO4)3) = M(Al2(SO4)3) = 342/2 = 171 г/моль;

Эквивалентные массы веществ используют для количественных расчетов при химических взаимодействиях между веществами.

Огромным преимуществом при этом является то, что для этого не нужно использовать уравнение химической реакции (которое во многих случаях написать затруднительно), нужно только знать, что данные химические вещества взаимодействуют между собой или вещество является продуктом химической реакции.

Для количественных расчетов используется закон эквивалентов: массы реагирующих и образующихся веществ относятся друг к другу, как их эквивалентные массы.

Математическое выражение закона эквивалентов имеет следующий вид:

1. где: m 1 и m 2 — массы реагирующих или образующихся веществ,
2. mэкв(1) и mэкв(2) — эквивалентные массы этих веществ.
3. Пример: определить массу соды (карбоната натрия) Na2CO3, необходимую для полной нейтрализации 1,96 кг серной кислоты H2SO4.
4. Решение:
5. Воспользуемся законом эквивалентов
6. m(Na2CO3)/m(H2SO4) = mэкв(Na2CO3)/mэкв( H2SO4)
7. Определяем эквивалентные массы веществ, исходя из их химических формул:
8. m (Na2CO3) = 106 /(2·1) = 53 г/моль;
9. mэкв(H2SO4) = 98/2·1 = 49 г/моль.
10. Тогда:
11. Х / 1,96кг = 53 г/моль / 49 г/моль
12. Х = 2,12 кг.

Эквивалент. Закон эквивалентов

Материалы портала onx.distant.ru

Эквивалент – реальная или условная частица вещества Х, которая в данной кислотно-основной реакции или реакции обмена эквивалентна одному иону водорода Н+ (одному иону ОН— или единичному заряду), а в данной окислительно-восстановительной реакции эквивалентна одному электрону.

Фактор эквивалентности fэкв(X) – число, показывающее, какая доля реальной или условной частицы вещества Х эквивалентна одному иону водорода или одному электрону в данной реакции, т.е. доля, которую составляет эквивалент от молекулы, иона, атома или формульной единицы вещества.

Наряду с понятием “количество вещества”, соответствующее числу его моль, используется также понятие количество эквивалентов вещества.

Закон эквивалентов: вещества реагируют в количествах, пропорциональных их эквивалентам. Если взято n(экв1) моль эквивалентов одного вещества, то столько же моль эквивалентов другого вещества n(экв2) потребуется в данной реакции, т.е.

• n(экв1) = n(экв2)                (2.1)
• При проведении расчетов необходимо использовать следующие соотношения:
• 1. Молярная масса эквивалента вещества X равна его молярной массе, умноженной на фактор эквивалентности:

Мэкв(X) = М(X)× fэкв(X).                (2.2)

2. Количество эквивалентов вещества X определяется делением его массы на молярную массу эквивалента:

nэкв(X) = m(X)/Мэкв(X).                (2.3)

3. Объём моль-эквивалента газа Х при н.у. равен молярному объёму газа, умноженному на фактор эквивалентности:

Vэкв(X) = V(X) × fэкв(X) = 22,4× fэкв(X).                (2.4)

4. Молярная масса эквивалента сложного вещества равна сумме молярных масс эквивалентов составляющих это вещество атомов (ионов).

5. Молярная масса эквивалента оксида равна молярной массе эквивалента элемента плюс молярная масса эквивалента кислорода.

1. 6. Молярная масса эквивалента гидроксида металла равна молярной массе эквивалента металла плюс молярная масса эквивалента гидроксила, например:
2. М[½Са(ОН)2] = 20 + 17 = 37 г/моль.
3. 7. Молярная масса эквивалента сульфата металла равна молярной массе эквивалента металла плюс молярная масса эквивалента SO42-, например,
4. М(½ СаSO4) = 20 + 48 = 68 г/моль.

Эквивалент в кислотно-основных реакциях

• На примере взаимодействия ортофосфорной кислоты со щелочью с образованием дигидро-, гидро- и среднего фосфата рассмотрим эквивалент вещества H3PO4.
• H3PO4 + NaOH = NaH2PO4 + H2O, fэкв(H3PO4) =1.
• H3PO4 + 2NaOH = Na2HPO4 + 2H2O, fэкв(H3PO4) =1/2.
• H3PO4 + 3NaOH = Na3PO4 + 3H2O, fэкв(H3PO4) =1/3.

Эквивалент NaOH соответствует формульной единице этого вещества, так как фактор эквивалентности NaOH равен единице. В первом уравнении реакции молярное соотношение реагентов равно 1:1, следовательно, фактор эквивалентности H3PO4 в этой реакции равен 1, а эквивалентом является формульная единица вещества H3PO4.

Во втором уравнении реакции молярное отношение реагентов H3PO4 и NaOH составляет 1:2, т.е. фактор эквивалентности H3PO4 равен 1/2 и её эквивалентом является 1/2 часть формульной единицы вещества H3PO4 .

В третьем уравнении реакции количество веществ реагентов относятся друг к другу как 1:3. Следовательно, фактор эквивалентности H3PO4 равен 1/3, а её эквивалентом является 1/3 часть формульной единицы вещества H3PO4.

Таким образом, эквивалент вещества зависит от вида химического превращения, в котором принимает участие рассматриваемое вещество.

Следует обратить внимание на эффективность применения закона эквивалентов: стехиометрические расчёты упрощаются при использовании закона эквивалентов, в частности, при проведении этих расчётов отпадает необходимость записывать полное уравнение химической реакции и учитывать стехиометрические коэффициенты. Например, на взаимодействие без остатка 0,25 моль-экв ортофосфата натрия потребуется равное количество эквивалентов вещества хлорида кальция, т.е. n(1/2CaCl2) = 0,25 моль.

Эквивалент в окислительно-восстановительных реакциях

1. Фактор эквивалентности соединений в окислительно-восстановительных реакциях равен:
2. fэкв(X) = 1/n,                (2.5)
3. где n – число отданных или присоединенных электронов.
4. Для определения фактора эквивалентности рассмотрим три уравнения реакций с участием перманганата калия:
5. 2KMnO4 + 5Na2SO3 + 3H2SO4 = 5Na2SO4 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O.
6. 2KMnO4 + 2Na2SO3 + H2O = 2Na2SO4 + 2MnO2 + 2KOH.
7. 2KMnO4 + Na2SO3 + 2NaOH = Na2SO4 + K2MnO4 + Na2MnO4 + H2O.
8. В результате получаем следующую схему превращения KMnO4.
9. в кислой среде: Mn+7 + 5e = Mn+2
10. в нейтральной среде: Mn+7 + 3e = Mn+4
11. в щелочной среде: Mn+7 + 1e = Mn+6
12.  Схема превращений KMnO4 в различных средах
13. Таким образом, в первой реакции fэкв(KMnO4) = 1/5, во второй – fэкв(KMnO4) = 1/3, в третьей – fэкв(KMnO4) = 1.
14. Следует подчеркнуть, что фактор эквивалентности дихромата калия, реагирующего в качестве окислителя в кислой среде, равен 1/6:
15. Cr2O72- + 6e + 14H+ = 2 Cr3+ + 7H2O

Примеры решения задач

Задача 1. Определить фактор эквивалентности сульфата алюминия, который взаимодействует со щелочью.

• Решение. В данном случае возможно несколько вариантов ответа:
• Al2(SО4)3 + 6 KOH = 2 А1(ОН)3 + 3 K2SО4, fэкв(Al2(SО4)3) = 1/6,
• Al2(SО4)3 + 8 KOH(изб) = 2 K[Al(OH)4 ] + 3 K2SО4, fэкв (Al2(SО4)3) = 1/8,
• Al2(SО4)3 + 12KOH(изб) = 2K3[Al(OH)6] + 3K2SО4, fэкв (Al2(SО4)3) = 1/12.

Семинар-погружение "Химический эквивалент"

Цель: познакомить учащихся с понятием «эквивалент» и его применением.

Теоретический материал

:

В 1801 — 1807 гг. был установлен второй основной закон химии — закон постоянства состава, заключающийся в том, что каждое химическое соединение имеет вполне определенный и постоянный состав, закон Пруста. Как следствие отсюда вытекает, что состав химического соединения не зависит от способа его получения.

Лишь на основе этого закона открылась возможность устанавливать те весовые соотношения, в которых соединяются между собой различные химические элементы. Эти соотношения были изучены и систематизированы главным образом Дальтоном в течение нескольких лет, начиная с 1803 г.

Им было введено в науку представление о соединительных весах элементов, впоследствии названных «эквивалентами«.

называется весовое количество элемента, соединяющееся с одной (точнее, 1,008) весовой частью водорода или замещающее ее в соединениях. Следовательно, состав всякого соединения может быть выражен целыми числами эквивалентов входящих в него элементов.

Нахождение численных значений эквивалентов не представляет трудностей, если известен процентный состав соединения данного элемента с другим, эквивалент которого уже установлен.

называется масса 1 эквивалента вещества.

Если на 11,2 вес. ч. водорода приходится 88,8 вес. ч. кислорода, то на 1,008 вес. ч. водорода придется Э вес. ч. кислорода. Очевидно, что

Эm = 1,008*88,8: 11,2 = 8,0 и будет эквивалентным весом кислорода.

Для вычисления эквивалента меди составляем пропорцию:

на 79,9 вес. ч. меди приходится 20,1 вес. ч. кислорода

на Э вес. ч. меди приходится 8,0 вес. ч. кислорода

Эm = 8,0*79,9 : 20,1 = 31,8 и будет эквивалентным весом меди.

В указанных соединениях с 1 молем атомов водорода соединяется 1 моль атомов брома, ? моля атомов кислорода, 1/3 моля атомов азота, ? моля атомов углерода. Следовательно, согласно определению, эквиваленты брома, кислорода, азота и углерода равны соответственно 1 молю, ? , 1/3, 1/4 моля (Э(Br)=1, Э(O)= ?, Э(N)= 1/3, Э(С)= 1/4).

• Исходя из мольных масс атомов этих элементов, находим, что эквивалентные массы равны Эm(Br) = 79,9 г/моль, Эm(O) = 8 г/моль, Эm(N) = 4,67 г/моль, Эm(С) = 3 г/моль.
• Эm (элемента) = М (элемента) / Валентность
• Формулы для вычисления эквивалентных масс сложных веществ:
• М (оксида)
• Эm (оксида) = Число атомов элемента * Валентность элемента
• М (кислоты) Основность кислоты — число протонов,
• Эm (кислоты) = основность кислоты которое отдает молекула кислоты, реагируя с основанием.
• М (основания) Кислотность основания — число протонов,
• Эm (основания) = кислотность основания которое присоединяет молекула основания, реагируя с кислотой
• М (соли)
• Эm (соли) = Число атомов металла * Валентность металла, где М -молярная масса

что эквивалент и эквивалентная масса кислоты и основания зависят от конкретной реакции, в которую они вступают.

1. Так при взаимодействии серной кислоты и гидроксида натрия с образованием кислой соли серная кислота проявляется свойства одноосновной кислоты, следовательно, ее эквивалент равен 1, а Эm (H2SO4) = M (H2SO4) = 98 г/моль.
2. А в случае образования средней соли, соответственно: эквивалент равен 1/2, а Эm (H2SO4) = M (H2SO4) /2 = 98/2 г/моль = 49 г/моль.
3. Важность понятия эквивалент для химии определяется тем, что элементы всегда соединяются между собой в определенных весовых количествах, соответствующих (пропорциональных) их эквивалентам (закон паев, позднее закон эквивалентов).
4. При решении задач более удобно пользоваться другой формулировкой:

 Многие элементы образуют по несколько соединений друг с другом, следовательно, эквивалент и эквивалентная масса — непостоянные величины.

называется объем, занимаемый при данных условиях 1 эквивалентом вещества.

• Эквивалентный объем H2, Cl2, Br2, I2, F2 равен Эv = 22,4 л/моль * 1/2 = 11,2 л/моль
• Эквивалентный объем О2 равен Эv = 22,4 л/моль * 1/4 = 5,6 л/моль
• m (X) V (Y)
• Эm (X) Эv (Y)
• ПРИМЕНЕНИЕ ПОНЯТИЯ «ЭКВИВАЛЕНТ»:
• Решение задач на определение неизвестного вещества.

При сгорании 5,00 г металла образуется 9,44 г оксида металла. Определите металл.

1 способ:

5,00/А моль 0,13875 (моль)

1. 2x моль y моль 2 моль
2. Определим m(O2) = m (MexOy) — m (Me), m(O) = 9,44 г — 5,00 г = 4,44 г
3. Определим n(O2) = m/M n(O2), n(O2) = 4,44/32 = 0,13875 (моль)
4. Обозначим M(Me) = А г/моль
5. Определим n (Me) = 5,00/А (моль)
6. Составим пропорцию:

5,00 моль

= 0,13875 моль

• А *2x моль y моль
• Выразим из нее А: А = 5,00y/(2х*0,13875) = 18у/х, где х и y — целые числа, индексы в формуле оксида.
• Методом подбора будем определять возможные значения:

1. Таким образом, искомый металл алюминий.
2. Составим уравнение реакции: 4Al + 3O2 = 2Al2O3
3. Ответ: Al
4. 2 способ:

1. Методом подбора будем определять возможные значения:
2. M(Me) = Эm (Me) * валентность(Me)

• Таким образом, искомый металл алюминий.
• Составим уравнение реакции: 4Al + 3O2 = 2Al2O3
• Ответ: Al
• Второй способ значительно проще.

Дополнительные задачи

.

1. Одно и то же количество металла соединяется с 0,200 г кислорода и с 3,17 г одного из галогенов. Определите галоген.
2. Определите металл и эквивалентную массу серы, если 3,24 г металла образует 3,48 г оксида и 3,72 г сульфида.
3. 8,34 г металла окисляются 0,680 л кислорода (н.у.). Определите металл.
4. 1,00 г некоторого металла соединяется с 8,89 г брома и с 1,78 г серы. Определите эквивалентные массы брома и металла, если эквивалентная масса серы равна 16,0 г/моль.
5. Для растворения 16,8 г металла потребовалось 14,7 г серной кислоты. Определите металл и объем выделившегося водорода (н.у.).
6. На восстановление 1,80 г оксида металла израсходовано 883 мл водорода (н.у.). Вычислите эквивалентные массы оксида и металла.
7. Некоторое количество металла, эквивалентная масса которого равна 27,9 г/моль, вытесняет из кислоты 700 мл водорода (н.у.). Определите массу металла.
8. На нейтрализацию 2,45 г кислоты идет 2,00 г гидроксида натрия. Составьте уравнение реакции нейтрализации.
9. При взаимодействии 5,95 г некоторого вещества с 2,75 г хлороводорода получилось 4,40 г соли. Вычислите эквивалентные массы вещества и образовавшейся соли.

Теоретический материал

:

понятие эквивалент широко применяется в количественном анализе.

. — это отношение количества вещества эквивалентов (Э) к объему раствора, выраженному в литрах.

. = Э / V . Иногда этот вид концентрации называется нормальностью и выражается в моль/л или н. Например, запись 1 н. H2SO4 означает, что в 1 л раствора содержится 1 эквивалент серной кислоты, то есть ? моль ее или 49 г.

1. Количественные отношения веществ в титриметрическом анализе основаны на законе эквивалентов: В химической реакции с n эквивалентами одного вещества всегда вступает во взаимодействие n эквивалентов второго и образуется n эквивалентов каждого из продуктов реакции.
2. Для иллюстрации приведем ряд химических реакций:
3. KOH + HCl = KCl + H2O

1 экв. 1 экв. 1 экв. 1 экв.

2 KOH + H2C2О4 = K2C2О4 + 2 H2O

2 экв. 2 экв. 2 экв. 2 экв.

3 KOH + H3РО4 = K3РО4 + 3 H2O

3 экв. 3 экв. 3 экв. 3 экв.

6 Fe(OH)3 + 3 H2SО4 = Fe2(SО4)3 + 6 H2O

6 экв. 6 экв. 6 экв. 6 экв.

На нейтрализацию 0,2299 г кислоты израсходовано 0,1460 г гидроксида натрия. Определить кислоту.

Для расчетов удобно пользоваться формулой: Vк-ты* Сщ-чи = Vщ-чи * С к-ты

Проведение практического определения нормальной концентрации кислоты (щелочи): титрование — на следующем занятии.

24.03.2009