Как найти эквивалент металла формула

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.

Химический эквивалент

Эквивалент – это реальная или условная частица, которая в кислотно-основных реакциях присоединяет (или отдает) один ион Н+ или ОН–, в окислительно-восстановительных реакциях принимает (или отдает) один электрон, реагирует с одним атомом водорода или с одним эквивалентом другого вещества. Например, рассмотрим следующую реакцию: 

H3PO4 + 2KOH ® K2HPO4 + 2H2O. 

В ходе этой реакции только два атома водорода замещаются на атомы калия, иначе, в реакцию вступают два иона Н+ (кислота проявляет основность 2). Тогда по определению эквивалентом H3PO4 будет являться условная частица 1/2H3PO4, т.к. если одна молекула H3PO4 предоставляет два иона Н+, то один ион Н+ дает половина молекулы H3PO4.

С другой стороны, на реакцию с одной молекулой ортофосфорной кислотой щелочь отдает два иона ОН–, следовательно, один ион ОН– потребуется на взаимодействие с 1/2 молекулы кислоты. Эквивалентом кислоты является условная частица 1/2Н3РО4, а эквивалентом щелочи частица КОН.

Число, показывающее, какая часть молекулы или другой частицы вещества соответствует эквиваленту, называется фактором эквивалентности (fЭ). Фактор эквивалентности – это безразмерная величина, которая меньше, либо равна 1. Формулы расчета фактора эквивалентности приведены в таблице 1.1.

Таким образом, сочетая фактор эквивалентности и формульную единицу вещества, можно составить формулу эквивалента какой-либо частицы, где фактор эквивалентности записывается как химический коэффициент перед формулой частицы:

• В примере, рассмотренном выше, фактор эквивалентности для кислоты, соответственно, равен 1/2, а для щелочи КОН равен 1.
• Между H3PO4 и КОН также могут происходить и другие реакции. При этом кислота будет иметь разные значения фактора эквивалентности:
• H3PO4 + 3KOH ® K3PO4 + 3H2O         fЭ(H3PO4) = 1/3
•  H3PO4 + KOH ® KН2PO4 + H2O        fЭ(H3PO4) = 1.

Следует учитывать, что эквивалент одного и того же вещества может меняться в зависимости от того, в какую реакцию оно вступает. Эквивалент элемента также может быть различным в зависимости от вида соединения, в состав которого он входит. Эквивалентом может являться как сама молекула или какая-либо другая формульная единица вещества, так и ее часть.

Таблица 1.1 – Расчет фактора эквивалентности 

Пример. Определите фактор эквивалентности и эквивалент у солей: а) ZnCl2, б) КНСО3, в) (MgOH)2SO4.

Решение: Для расчетов воспользуемся формулами, приведенными в таблице 1.1.

• а) ZnCl2 (средняя соль):
• . 
• fЭ(ZnCl2) = 1/2, поэтому эквивалентом ZnCl2 является частица 1/2ZnCl2.
• б) КНСО3 (кислая соль): 
• . 
• fЭ(КНСО3) = 1, поэтому эквивалентом КНСО3 является частица КНСО3.
• в) (MgOH)2SO4 (основная соль): 
• . 
• fЭ( (MgOH)2SO4 ) = 1/2, поэтому эквивалентом (MgOH)2SO4 является частица 1/2(MgOH)2SO4.

Эквивалент, как частица, может быть охарактеризован молярной массой (молярным объемом) и определенным количеством вещества nэ. Молярная масса эквивалента (МЭ) – это масса одного моль эквивалента. Она равна произведению молярной массы вещества на фактор эквивалентности:

Молярная масса эквивалента имеет размерность «г/моль».

Молярная масса эквивалента сложного вещества равна сумме молярных масс эквивалентов образующих его составных частей, например:

Газообразные вещества помимо молярной массы эквивалента имеют молярный объем эквивалента (или VЭ) – объем, занимаемый молярной массой эквивалента или объем одного моль эквивалента. Размерность «л/моль». При н.у. получаем:

 Закон эквивалентов был открыт в 1792 г. И. Рихтером. Современная формулировка закона: вещества реагируют и образуются согласно их эквивалентам. Все вещества в уравнении реакции связаны законом эквивалентов, поэтому:

Из закона эквивалентов следует, что массы (или объемы) реагирующих и образующихся веществ пропорциональны молярным массам (молярным объемам) их эквивалентов. Для любых двух веществ, связанных законом эквивалентов, можно записать:

•           где m1 и m2 – массы реагентов и (или) продуктов реакции, г;
• ,  – молярные массы эквивалентов реагентов и (или) продуктов реакции, г/моль;
• V1, V2 – объемы реагентов и (или) продуктов реакции, л;
• ,– молярные объемы эквивалентов реагентов и (или) продуктов реакции, л/моль.

Л.А. Яковишин

Определение эквивалентной массы металла

• Методические указания
• Закон эквивалентов открыт в конце 18 века: вещества взаимодействуют между собой в количествах, пропорциональных их химическим эквивалентам. Для решения задач удобно пользоваться другой формулировкой: массы (объемы) реагирующих веществ пропорциональны их эквивалентным массам (объемам)
• — количество эквивалентов — количество эквивалентов

Химическим эквивалентом элемента (молярной массой эквивалента) называется такое его количество (моль), которое соответствует 1 моль атомов водорода (соединятся с 1 моль атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических реакциях). Химический эквивалент не является постоянной величиной, он зависит от валентности (степени окисления) элемента.

Молярная масса эквивалента (мэ) – это масса одного эквивалента (грамм/моль*экв, килограмм/моль*экв). Молярная масса эквивалента равна частному от деления молярной массы его атомов (А) на валентность (степень окисления) элемента (В) в данном соединении:

МЭ=А/В

Например, молярная масса эквивалента серы в SO2 и SO3 соответственно равны 32/4 = 8 г/моль и 32/6 = 5.33 г/моль.

Эквивалентным объемом (л/моль, м3/моль) называется объем, занимаемый при данных условиях (Р, Т) 1 эквивалентов вещества.

Значения эквивалентного объема вещества, находящегося в газообразном состоянии, можно найти, зная, что в молярном объеме любого газа, состоящего из одноатомных молекул, содержится 2 моля атомов и т.д. Так в 22.4 л Н2 содержится при нормальных условиях (Р0=760 мм рт.ст.

=101325 Па; Т0 = 273 К) 2 моля атомов водорода. Поскольку эквивалент водорода равен 1 моль, то в 22.4 л Н2 содержится 2 эквивалента водорода; значит, эквивалентный объем водорода равен

22.4/2 = 11.2 л/моль = 11.2 * 10-3 м3/моль.

Пример № 1.Определить эквивалента и эквивалентные массы элементов в соединениях HF, H2O, NH3, CH4.

Решение. В указанных соединениях с 1 моль атомов водорода соединяется 1 моль атомов фтора, 1/2 моль атомов кислорода, 1/3 моль атомов азота, 1/4 моль атомов углерода.

Следовательно, фактор эквивалентности фтора, кислорода, азота и углерода соответственно равны 1 моль, 1/2 моль, 1/3 моль, 1/4 моль. Исходя из молярных масс атомов этих элементов, определяем, молярную масса эквивалента фтора равна 19 г/моль, кислорода – 16 * 1/2 = 8 г/моль, азота – 14 * 1/3=4.67 г/моль, углерода – 12 * 1/4=3 г/моль.

Для определения молярной массы эквивалента не обязательно исходить из его соединения с водородом. Молярную массу эквивалента можно вычислить по составу соединения данного элемента с любым другим, молярная масса эквивалента которого известна.

Пример № 2.Вычислить молярную массу эквивалента металла, зная, что его хлорид содержит 79.78% хлора. Молярная масса эквивалента хлора равна 35.45 г/моль•экв.

Решение. Содержание металла в этом соединении составляет: 100 – 79.78=20.22%. Согласно закону эквивалентов: количество эквивалентов металла равно количеству эквивалентов хлора mме/ Мэ ме = mСl/ Мэ Сl, т.е.

20.22/ Мэ ме = 79,78/35.45 => Мэ ме=20.22•35.45/79.78=8.98 г/моль. Молярная масса эквивалента металла равена 8.99 г/моль.

Молярные массы эквивалентов химических соединений так же как молярные массы эквивалентов элементов могут иметь переменные значения. Это определяется характером превращения веществ.

1. Молярные массы эквивалентов оксидов в реакциях обмена:
3. где Моксида – молярная масса оксида; n – число атомов элемента;
4. В – валентность (степень окисления) элемента.

Пример № 3.Определить эквивалентные массы оксидов железа.

Решение. Железо образует три оксида FeO, Fe2O3, FeO3.

Мэ FeO = 71/(2*1) = 35.5 (г/моль); Мэ Fe2O3=159.6/(2*3) = 26.6 (г/моль);

Мэ FeO3= 103.8/(6*1) = 16.3 (г/моль)

Молярные массы эквивалентов кислот в реакциях обмена:

• где Мкислоты – молярная масса кислоты; nн – число атомов водорода, содержащихся в молекуле кислоты, способных замещаться на металл.
• Пример№4.Определить молярную массу эквивалента и фактор эквивалентности H3PO4 в следующих реакциях:
• 1) H3PO4 + 3KOH = K3PO4 + 3H20;
• 2) H3PO4 + 2KOH = K2HPO4 + 2H20;
• 3) H3PO4 + KOH = KH2PO4 + H20;

Решение. Молярная масса H3PO4 равна 98 г/моль.

В реакции (1) количество nн атомов водорода, заместившихся на металл, равно 3, следовательно эквивалент Н3Р04 равен 1/3 моль, а эквивалентная масса ЭН3Р04 = 98/3 = 32.7 (г/моль).

1. В реакции (2) пн-2, следовательно, эквивалент Н3Р04 равен 1/2 моль, а эквивалентная масса Э = 98/2 = 49 (г/моль).
2. В реакции (3) пн= 1, следовательно, эквивалент Н3Р04 равен 1 моль, а эквивалентная масса Э = 98/1 = 98 (г/моль).
3. Молярные массы эквивалентов оснований в реакциях обмена:

• где Mоснования – молярная масса основания; nон – валентность металла ли число гидроксильных групп в молекуле основания, способных заместиться на кислотный остаток.
• Пример № 5.Определить молярную массу эквивалента и фактор эквивалентности Сu(ОН)2 в следующих реакциях:
• 1) Сu(ОН)2 + 2HCl = CuCl2 + 2H2O;
• 2) Сu(ОН)2 + HCl = CuOHCl + H2O;

Решение. Молярная масса Сu(ОН)2 равна 97.5 г/моль. В реакции (1) количество гидроксильных групп nон, заместившихся на кислотный остаток, равно 2, следовательно фактор эквивалентности Сu(ОН)2 равен 1/2 моль, а молярная масса эквивалента МэСu(ОН)2 = 97.5/2 = 48.75 (г/моль).

В реакции (2) количество гидроксильных групп nон, заместившихся на кислотный остаток, равно 1, следовательно эквивалент Сu(ОН)2 равен 1 моль, а эквивалентная масса ЭСu(ОН)2 = 97.5/1 = 97.5(г/моль).

1. Эквиваленты солей в реакциях обмена:
3. где Мсоли – молярная масса соли; –число атомов металла; –валентность (степень окисления) металла.

Пример № 6.Определить молярную массу эквивалента сульфата алюминия.

Решение. Молярная масса сульфата алюминия Al(SO4)3 равна 342 г/моль. Следовательно, МэAl2(SO4)3 = 342/(2•3) = 57 г/моль.

• Окислительно-восстановительные эквиваленты определяются путём деления молярной массы на число электронов, идущих на восстановление или окисление
• Мэо(в) = Мо(в)/nе
• где Мо(в) – молярная масса окислителя (восстановителя); nе – число электронов, идущих на окисление (восстановление).

Пример № 7.Чему равна молярная масса эквивалентна перманганата калия как окислителя, если это вещество в процессе реакции восстанавливается: 1) до сульфата марганца; 2) до диоксида марганца; 3) манганата калия?

Решение. 1) При восстановлении KMnO4 до MnSO4 степень окисления марганца понизится с +7 до +2, т.е. число электронов, идущих на восстановление, равно 5. Следовательно,

МэKMnO4 = MKMnO4/5 = 158/5 = 31.6 (г/моль).

2) При восстановлении KMnO4 до MnO2 степень окисления марганца понизится с +7 до +4, т.е. число электронов, идущих на восстановление, равно 3. Следовательно,

МэKMnO4 = MKMnO4/3 = 158/3 = 52.66 (г/моль).

3) При восстановлении KMnO4 до K2MnO4 степень окисления марганца понизится с +7 до +6, т.е. число электронов, идущих на восстановление, равно 1. Следовательно,

1. МэKMnO4 = MKMnO4/1 = 158/1 = 158 (г/моль).
2. Выполнение работы
3. Определение эквивалентной массы металла
4. Задание: Определить экспериментально эквивалентную массу металла (магния, цинка – по заданию преподавателя) по количеству выделившегося водорода в реакции взаимодействия металла с соляной кислотой
5. Ме +2HCl = МеCl2+H2
6. Вычислить ее теоретическое значение и относительную ошибку эксперимента.

Приборы и реактивы.Прибор для определения эквивалента металла (рис.1.1.). Аналитические весы. Термометр. Барометр. Мерный цилиндр на 25-50 мл. Стаканчик химический. Фильтровальная бумага. Навеска металла (химически чистого) около 0.04 – 0.05 г. Соляная кислота (10мас.% раствор).

Ход определения.

1. Налить через воронку в бюретку воду до нулевого деления. Плотно закрыть отверстие бюретки пробкой со стеклянной трубкой. В одну часть сосуда Ландольта поместить навеску цинка. Другую часть сосуда через воронку наполнить на две трети объема разбавленной (10мас.%) соляной кислотой. Присоединить сосуд к свободному концу трубки, соединенной с бюреткой.

2. Проверить герметичность прибора. Для этого опустить или поднять воронку вместе с кольцом на 10-15 см. Если уровень воды в бюретке не меняется, то прибор герметичен и можно приступать к опыту. Если уровень воды в бюретке меняется, то необходимо плотнее закрыть пробками бюретку и сосуд, снова проверить и т.д. Уровень воды V1 в бюретке до начала опыта записать с точностью до 0.1 мл.

3. Привести в контакт кислоту и металл, осторожно наклоняя сосуд Ландольта. После полного растворения металла выждать 5-7мин., чтобы содержимое сосуда охладилось. Затем установить на одной высоте уровень воды в бюретке и воронке. При этом внутри прибора создается давление, равное давлению наружного воздуха. Записать уровень воды V2 в бюретке после опыта.

4. Результаты эксперимента внести в журнал по форме:

Навеска металла, m, г……………………………………………………..

Уровень воды в бюретке:

до опыта V1, мл………………………………………………..

после опыта V2, мл…………………………………………..

Объем выделившегося водорода VН2, мл………………………………..

Объем водорода при нормальных условиях (н.у.) V0, мл………………

Температура опыта T = 273+t, K…………………………………………

Барометрическое давление P, мм рт.ст…………………………………..

Давление насыщенного водяного пара h, мм рт.ст. при температуре опыта……………………………………………………

Экспериментальная эквивалентная масса металла Мээксп, г/моль……….

Теоретическая эквивалентная масса металла Мэ теор, г/моль……………..

Относительная ошибка e, %……………………………………………………………….

Рис. 1.1.Прибор для определения эквивалента металла:

• 1) Бюретка для измерения объёма выделившегося водорода;
• 2) Сосуд Ландольта для проведения реакции;
• 3) Каучуковая трубка;
• 4) Воронка.
• Вычисления:
• 1. Подсчитать VН2, вытесненного водорода по разности уровней в бюретке:
• VН2 = V2-V1
• 2. Привести это объем к нормальным условиям:

Величину h посмотреть в справочнике. Поправку h вводят вследствие того, что общее давление на воду является суммой пропорциональных давлений водорода и воды.

1. 3. Вычислить экспериментальную массу металла:
2. где — эквивалентный объем водорода, равный 11200 мл/моль.
3. 4. Сравнить найденную экспериментальную эквивалентную массу металла с теоретически посчитанным Этеор = А/В, вычислив в процентах ошибку опыта:
4. 3. Контрольные вопросы и задачи
5. 1. Вычислить молярные массы эквивалентов следующих элементов:

а) магния, если известно, что при нагревании одного моль его в токе кислорода, масса увеличилась на 66.7%. Ответ: 11.9 г/моль;

б) олова, если при нагревании 0.9185 г его в токе кислорода образуется 1.166 г оксида олова. Ответ: 29.68 г/моль.

2. Определить молярную массу эквивалента элемента, если при восстановлении 1.3 г оксида этого элемента алюминием получилось 1.02г оксида алюминия, содержащего 47% кислорода. Ответ: 13.66г/моль.

3. Написать формулу соединения сурьмы с серой, если известно, что молярная масса атомов сурьмы равна 121.8 г/моль, эквивалентная масса ее — 40.6 г/моль, молярная масса атомов серы равна 32 г/моль, эквивалентная масса — 16 г/моль.

• 4. Определить молярные массы эквивалентов и факторы эквивалентности кислот и оснований в следующих реакциях:
• а) HNO3 + Bi(OH)3 = Bi(0H)2NO3 + Н2O;
• б) H2S + NaOH = NaHS + Н2O;
• в) 3H2SO4 + 2А1(ОН)3 = Al(SO4)3 + 6H2O;
• г) Н3РO4 + Са(ОН)2 = СаНРO4 + 2Н2O;
• д) 2HCl + Bi(ОН)3 = ВiOНСl2 + Н20.

5. Вычислить молярную массу эквивалента и фактор эквивалентности хромата калия К2СrO4 как окислителя, если К2СrO4 восстанавливается до КСrO2.

6. Определить молярную массу эквивалента металла, если 0.34*10-3 кг его вытесняют из кислоты 56.94*10-6 м3 водорода при температуре 0°С и давлении 94643 Па. Ответ: 67.8 г/моль.

7. Определить молярную массу эквивалента металла в следующих соединениях:

Мn2O7, Мg2P2O7, Сr2O3, Ва(ОН)2, Аl2(SO4)3 * 18Н2O, Сa3(РO4)2, Аg2O, FeSO4 • 7H2O, СrРО4.

8. Чему равен эквивалентный объем кислорода?

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.