2.1.3. Относительная плотность газов

Отношение массы определенного объема одного газа к массе такого же объема другого газа (взятого при тех же условиях), называется плотностью первого газа ко второму. Обозначается буквой Д:

где M₁- молярная масса одного газа;

M₂ - молярная масса другого газа.

Отсюда M₁ = М₂∙Д

Обычно плотность газа определяют по отношению к самому легкому газу - водороду (обозначают ). Молярная масса водорода равна 2,016 г/моль иди приближенно 2 г/моль. Поэтому

Часто плотность определяют и по отношению к воздуху (Д_В). Сред­няя молярная масса воздуха равна 29 г/моль. Тогда:

2.1.4 Эквиваленты простых и сложных веществ

Эквивалентом (Э) называется реальная или условная частица вещества, которая может замещать, присоединять, высвобождать или быть каким-либо другим способом эквивалентна одному иону водорода в кислотно-основных или ионообменных реакциях или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях. Моль вещества эквивалента содержит 6,0210²³ эквивалентов.

Фактор эквивалентности (f) – число, обозначающее, какая доля реальной частицы вещества эквивалентна одному иону водорода в кислотно-основной или ионообменной реакциях или одному электрону в окислительно-восстановительной реакции.

Так, для кислоты фактор эквивалентности равен обратной величине ее основности (число Н⁺ в молекуле кислоты).

f_экв (кислоты) = ,

где - основность кислоты;

f_экв (H₂SO₄) = ;

Фактор эквивалентности для основания равен обратной величине его кислотности (число ОН^– в молекуле основания):

f_экв (основания) = ,

где - кислотность основания;

f_экв (Cr(OH)₃) = .

Фактор эквивалентности одного и того же вещества в разных реакциях может быть различным.

Например, в реакции нейтрализации:

H₃PO₄ + 3KOH → K₃PO₄ + 3H₂O;

три иона Н⁺ замещаются на ионы К⁺, т.е. = 3. Следовательно, фактор эквивалентности фосфорной кислоты будет равен .

Если же реакция протекает по уравнению:

H₃PO₄ + 2KOH → K₂НPO₄ + 2H₂O,

то и .

Молярная масса эквивалента вещества (М_э) – это масса одного моль эквивалента этого вещества, равная произведению фактора эквивалентности на молярную массу этого вещества (г/моль):

М_э = f_экв ∙ М.

Количество вещества эквивалента (моль) – отношение массы вещества к молярной массе его эквивалента:

.

Закон эквивалентов: массы реагирующих веществ пропорциональны молярным массам эквивалентов этих веществ:

;

или если одно из веществ находится в газообразном состоянии, то

,

где m₁ и m₂ – массы реагирующих веществ;

М_э(1) и М_э(2) – молярные массы эквивалентов реагирующих веществ;

V_э – объем эквивалента реагирующего вещества;

V₂ – объем реагирующего газообразного вещества (н.у.).

Примеры решения задач

Пример 1 Вычислите массу азотной кислоты количеством вещества 5 моль.

Дано: ν (HNO3) = 5 моль	Решение: m = M ∙ ν; Mr(HNO3) = 1+14+16∙3=63 M (HNO3) = 63 г/моль m (HNO3) =63 г/моль ∙ 5моль = 315 г Ответ: m (HNO3) = 315 г
m (HNO3) - ?

Пример 2 Какое количество вещества содержит 1,2∙10²³ молекул воды?

Дано: N0(H2O)=1,2∙1023	Решение: NA= 6,02 ∙ 1023 моль-1 ν(H2O) = =0,2 моль Ответ: ν(H2O) = 0,2 моль
ν (H2O) - ?

Пример 3 Вычислите массу кислорода, занимающего при н.у. объем 28 литров.

Дано: V(O2)=28 л	Решение: ; ; тогда = отсюда ; m(O2)= Ответ: m (O2)=40 г Ответ: ν(H2O) = 0,2 моль
m (O2) - ?

Пример 4 Рассчитайте относительную плотность диоксида серы по воздуху.

Дано: SO2	Решение: Mr(возд)=29; Mr(SO2)=64; ДВ(SO2)= Ответ: относительная плотность диоксида серы 2,21, т.е. он тяжелее воздуха в 2,21 раза.
ДВ(SO2) - ?

Пример 5: Вычислите молярную массу эквивалента, фактор эквивалентности и кислотность тригидроксида алюминия, зная, что 1,95 г Al(OH)₃ прореагировало с 3,15 г HNO₃. Составьте уравнение реакции.

Решение. Молярная масса эквивалента вещества и фактор эквивалентности могут иметь различные значения в зависимости от того, в какую реакцию вступает это вещество. Определяем молярную массу эквивалента тригидрооксида алюминия по закону эквивалентов:

Так как азотная кислота одноосновная, то для нее f_HNO3= 1. Тогда

М_Э(НNO3) = f·M_HNO3= 1∙63 г/моль=63 г/моль

Посчитав молярную массу тригидроксида алюминия и зная молярную массу его эквивалента, определяем фактор эквивалентности

Следовательно, 1 моль основания соответствует 2 моль кислоты, т.е. кислотность тригидроксида алюминия равна двум. Уравнение реакции: Al(OH)₃+2HNO₃=AlOH(NO₃)₂ +2H₂O. (Ответ: Mэ=39г/моль, f=1/2, кислотность равна двум.)

Контрольные задания:

1. Какое количество вещества содержится: а) в 4,9 г Cu(OH)₂; б) в 0,2 кг NaOH ?

2. Определите плотность по водороду и по воздуху паров следующих веществ: а) O₂; б) N₂; в) Сl₂; г) СО (относительную молярную массу водорода принять равной 2, а воздуха – 29).

3. Вычислите объем, занимаемый при нормальных условиях: 2 г CO₂; 4 г CH₄; 71 г Cl₂; 8 г O₂

4. Молекулярный кислород занимает при нормальных условиях объем 4,28 л. Вычислите массу газа.

5. Вычислите массовую долю (в процентах) кислорода в следующих соединениях:

а) HNO₃; б) KOH; в) Ca₃(PO₄)₂

6. Вещество содержит 39,0% серы, молярная масса эквивалента которой 16,0 г/моль и мышьяк. Вычислите молярную массу эквивалента и валентность мышьяка, составьте формулу этого вещества.

7. При сгорании 5,00г металла образуется 9,44г оксида металла. Определить молярную массу эквивалента металла.

8. Мышьяк образует два оксида, из которых один содержит 65,2% (масс.) As, а другой - 75,7% (масс.) As. Определить молярную массу эквивалента мышьяка в обоих случаях.

9. На восстановление 1,80г оксида металла израсходовано 883мл водорода, измеренного при нормальных условиях. Вычислить молярные массы эквивалентов оксида и металла.

10. При взаимодействии ортофосфорной кислоты со щелочью образовалась соль Na₂HPO₄. Найти для этого случая значение молярной массы эквивалента ортофосфорной кислоты.