Реакции ионного обмена

1) H₃PO₄ + KOH = KH₂PO₄ + H₂O (1.2)

В молекуле H₃PO₄ один ион Н⁺ вступает в обменное взаимодействие, поэтому z = 1, эквивалент совпадает с молекулой (целой частицей): Э(H₃PO₄) = H₃PO₄.

Эквивалент КОН соответствует его формульной частице, поскольку в реакции она способна обменять только один ион ОН^-, т.е. z(КОН) = 1, Э(КОН) = КОН.

Следовательно, на каждый эквивалент кислоты приходится один эквивалент основания. Выполняется закон эквивалентов: ν( H₃PO₄) = ν( КОН).

2) H₃PO₄ + 2KOH = K₂HPO₄ + 2H₂O (1.3)

В молекуле H₃PO₄ два иона Н⁺ вступают в обменное взаимодействие, поэтому z(H₃PO₄) = 2, а эквивалент H₃PO₄ равен H₃PO₄; эквивалент КОН – постоянная величина, равная КОН.

Согласно стехиометрическому уравнению 2) одна молекула H₃PO₄ состоит из двух эквивалентов, двух условных частей H₂PO₄, а две формульные частицы КОН соответствуют двум эквивалентам КОН. Следовательно, в реакцию вступают равные количества эквивалентов реагентов:

ν( H₃PO₄) = ν( КОН),

что и является выражением для закона эквивалентов.

3) H₃PO₄ + 3KOH = K₃PO₄ + 3H₂O (1.4)

В молекуле H₃PO₄ три иона Н⁺ вступают в обменное взаимодействие, поэтому z(H₃PO₄) = 3, а эквивалент H₃PO₄ равен H₃PO₄; эквивалент КОН – постоянная величина, равная КОН.

Согласно стехиометрическому уравнению (1.4) одна молекула H₃PO₄ состоит из трех эквивалентов, трех условных частей H₃PO₄, а три формульные частицы КОН соответствуют трем эквивалентам КОН, т.е. в реакцию вступают равные количества эквивалентов реагентов: ν(1/3H₃PO₄) = ν(1/1КОН),

Окислительно-восстановительные реакции

1. 2Н₂⁰ + О₂⁰ = 2Н₂⁺¹О^-2 (1.5)

Составим полуреакции и определим эквиваленты окислителя О₂ и восстановителя Н₂:

О₂ + 4е → 2О^-2 => z(О₂) = 4; Э (О₂) = О₂;

Н₂ – 2е → 2Н⁺¹ => z(Н₂) = 2; Э (Н₂) = Н₂.

Согласно уравнению (1.5) две молекулы Н₂ соответствуют четырем эквивалентам, четырем условным частицам Н₂, а одна молекула О₂ соответствует четырем условным частицам О₂, т.е., в реакцию вступают равные количества эквивалентов реагентов: ν( H₂) = ν( О₂).

2. 2КMnO₄ + 5H₂O₂ + 3H₂SO₄ = 5O₂ + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 8H₂O (1.6)

Cоставим полуреакции и определим эквиваленты окислителя КMnO₄ и восстановителя H₂O₂:

Mn⁺⁷ + 5e → Mn⁺² =>z=5; Э(КMnO₄)= КMnO₄; Э(MnSO₄)= MnSO₄;

2O^-1 – 2e → O₂ => z=2; Э(H₂O₂)= H₂O₂; Э(O₂) = O₂.

Согласно уравнению (1.6) две формульные частицы КMnO₄ соответствуют десяти эквивалентам, десяти условным частицам КMnO₄ и при этом образуются десять эквивалентов MnSO₄; пять молекул H₂O₂ соответствуют десяти эквивалентам, десяти условным частицам H₂O₂ – восстановителя, и образуются при этом десять эквивалентов, десять условных частиц O₂.

Следовательно, в реакцию вступают и образуются равные количества эквивалентов реагентов и продуктов:

ν( КMnO₄) = ν( H₂O₂) = ν( MnSO₄) = ν( О₂).

Для проведения практических расчетов целесообразно ввести некоторые определения и соотношения.

- Количество вещества эквивалента ν( A): ν( A)=zν(A), (1.7)

где А – сорт частиц, тогда ν( A)≥ν(А).

- Молярная масса эквивалента М( A) – это масса одного моля условных частиц, масса одного моля эквивалента A. Рассуждая аналогично: М( A) ≤ M(A).

Поскольку М( A)= M(A)= , следовательно M(A)=zM( A).

Соотношение (1.7) легко получить: ν(А)= ; ν( A)= .

Взаимосвязь массы вещества и его количества: m(A)=ν(A)  M(A)=ν(

Данное соотношение позволяет установить весовые пропорции, в которых взаимодействуют реагенты.

Для реакции: А + В → продукты

закон эквивалентов можно записать в виде: или

, откуда - (1.8)

отношение масс вступивших в реакцию веществ равно отношению молярных масс их эквивалентов (1.8).

- Молярный объем эквивалента газообразного вещества V_m – это объем, занимаемый при нормальных условиях одним молем эквивалента, одним молем условных частиц :

V_m = , V_m ≤V_m(A).

Учитывая, что для газообразных веществ при нормальных условиях: и, соответственно , легко получить: V(A)= .

Закон эквивалентов позволяет установить соотношение объемов вступивших в реакцию газов:

.