Химические эквиваленты. Закон эквивалентов

Эквивалент – реальная или условная частица вещества, которая может замещать, присоединять, высвобождать или быть каким-либо другим способом эквивалентна одному иону водорода в кислотно-оснó вных или ионообменных реакциях или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях.

Молярная масса эквивалентна М(1/ z В) – масса одного моля эквивалента вещества В:

где М(В) – молярная масса вещества В, г/моль.

Обозначим, для удобства, молярную массу эквивалента через Э. Тогда:

где Z – число атомов водорода, участвующих в реакции обмена,

если В – кислота;

Z – число гидроксильных групп, участвующих в реакции обмена,

если В – основание;

Z – произведение числа атомов металла на его валентность,

если В – соль или основной оксид;

Z – число эквивалентов соответствующей кислоты, полученной из 1 моля кислотного оксида – В;

  Z – валентность химического элемента в соединении, если В – химический элемент;

Z – число отдаваемых или присоединяемых электронов от одного моля вещества В, участвующего в реакции окисления-восстановления.

Пример 1. Определение эквивалентов элементов по закону эквивалентов.

В приведенных соединениях: HCl, H₂S, H₂O, NH₃ и CH₄ определить Э _Cl, Э _S, Э _O, Э _N и Э _C.

Решение

На основе закона эквивалентов, согласно которому химические элементы (сложные вещества) соединяются между собой или замещают друг друга в количествах, пропорциональных их эквивалентам (молярным массам эквивалентов), запишем пропорцию, выражающую закон эквивалентов для случая образования HCl:

Отсюда определим Э _Cl:

Эквивалент хлора в HCl можно определить и другим способом – поделив молярную массу хлора на валентность хлора в соединении.

Валентность хлора ( В _Cl ) – т.е. число химических H^I ¾ Cl^I   связей, образован-ных данным атомом с другими атомами и атомными группами, равна 1.

Следовательно:

Проводя аналогичные вычисления по закону эквивалентов и рассуждения, связанные с понятием валентности элемента, для остальных соединений нахо-дим:

                                                      H^I

            S^II

                                                               H^I

                                                         H^I

               O^II

                                                        H^I

или

   H^I

N^III ¾ H^I

H^I

или .

Н ^I

                                                            |

  Н ^I ¾ C^IV ¾ Н ^I

                                                            |

Н ^I

или

Пример 2. Определение эквивалентов элементов в реакциях соединения.

При взаимодействии хлора с медью массой 0, 3200 г образуется хлорид массой 0, 6770 г. Определить эквивалент меди и степень окисления меди в полученном хлориде.

Решение

В результате взаимодействия меди с хлором возможно образование следующих хлоридов:

 

                                                     С u^ICl^I

                                                  хлорид меди (I)

                         Cu + Cl₂   

                                                    С u^IICl₂^I

 хлорид меди (II).

 

Масса хлора m_Cl, пошедшего на реакцию, составляет:

Учитывая, что в хлоридах Э _Cl = 35, 5 (cм.пример 1) составляем пропорцию, выражающую закон эквивалентов для реакции образования хлорида меди:

Отсюда:

Так как молярная масса меди М _Cu равна 63, 6 г/моль, то валентность меди в полученном хлориде оказывается равной двум:

и

а степень окисления меди, соответственно, равна +2. Следовательно, образуется хлорид меди (II) - С u^IICl ₂ ^I .

Пример 3. Определение эквивалентов элементов в реакциях замещения.

Для реакции между магнием и кислотой взято 0, 183 г магния; получено 182, 7 мл водорода при 20 ^оС и 750 мм рт. ст. Вычислить эквивалент магния.

 

Решение

По уравнению Менделеева-Клапейрона определим массу водорода, исходя из его объема:

Причем, предварительно выразим в единицах СИ (Па) 750 мм рт. ст.:

760 мм рт. ст. соответствуют 1, 013× 10⁵ Па; 750 мм рт. ст. соответствуют давлению р:

,

Далее проводим расчет по закону эквивалентов для реакции замещения:

,

или

Отсюда:           

Пример 4. Определение эквивалентов элементов по их массовым долям в химических соединениях.

Вычислить эквивалент хрома и его валентность в оксиде, если массовая доля кислорода в оксиде 31, 58 %.

Решение

Массовая доля w хрома в оксиде равна:

Согласно закону эквивалентов:

Отсюда находим эквивалент хрома:

Сравнивая числовое значение эквивалента хрома с атомной массой хрома – 52, находим валентность хрома в оксиде:

и

Следовательно, оксид хрома имеет формулу Cr ₂ ^III O ₃ ^II – оксид хрома (III).

Пример 5. Вычисление эквивалентов кислот, оснований и солей в реакциях обмена.

Вычислить эквиваленты кислоты, основания и соли в следующих реакциях нейтрализации:

Решение

а) В реакции (а) участвуют все три атома водорода, два гидроксила основания и при образовании соли замещаются металлом шесть атомов водорода. Поэтому:

б) В реакции (б) участвуют лишь два атома водорода кислоты, оба гидроксила основания и в образовании соли участвуют два эквивалента кислоты (и два эквивалента основания):

Проводя аналогичные рассуждения, определяем эквиваленты веществ в реакциях (в) и (г):

Пример 6. определение эквивалентов веществ в реакциях обмена по закону эквивалентов.

На нейтрализацию 0, 7280 г щелочи израсходовано 0, 5350 г азотной кислоты HNO ₃. вычислить эквивалент щелочи.

Решение

Запишем реакцию нейтрализации в общем виде:

По закону эквивалентов:

Полученный эквивалент, по-видимому, соответствует щелочи с общей формулой Ме(ОН)₂, где металлом является – барий ( Ва ); так как одновалентный металл с атомной массой 68, 7 (m _MeOH – m _OH = 85, 7 − 17 = 68, 7) в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева отсутствует.

 

12345678910Следующая ⇒

Поделиться: