Молярная концентрация эквивалента

I. Эквивалент – это условная или реальная частица, которая в данной химической реакции эквивалентна одному атому или иону водорода, или одному протону, или одному электрону (по - другому, способна замещать или присоединять 1 грамм водорода).

Эквивалент – есть 1/z часть частицы (молекулы, атома).

18

Если Z =1 (1 /1=1) , то эквивалент идентичен самой частице (реальной частице – атому или молекуле) Z - это число эквивалентности или число эквивалентов.

Если Z = 2,3,4 и т.д., то эквивалент идентичен какой-то части молекулы или атома (условная частица - 1/ z*).

У окислителей и восстановителей Z^* будет равно числу принятых или отданных электронов. Например, для процесса: Mn⁺⁷ +5e  Mn ⁺² Z^* = 5. От молекулы КMnO₄ только 1/5 часть будет эквивалентной одному электрону.

Обратная величина числу эквивалентов (Z) – это фактор эквивалентности – f. Он и показывает, какая часть от реальной частицы эквивалентна иону или атому водорода, или одному электрону (в ОВР).

f = 1/z

Он принимает дробные значения: 1/2, 1/3, 1/4 и т.д.

Для оснований и амфотерных гидроксидов в форме оснований число эквивалентов Z равно числу гидроксид- анионов. Например, Z (KOH) = 1;

Z^* (Са(OH)₂) = 2 (без учета протекания реакций или до средних или до основных солей)

Для кислот Z равно числу атомов водорода, то есть, основности кислоты. Например, Z (HCl) = 1. Z (H₃PO₄ )= 3

У солей Z равно произведению валентности (степени окисления) металла на число атомов металла. Например, Z (CaCl₂) = (+2) · 1 = 2; Z (Al₂(SO₄)₃) = 3·2 = 6.

У окислителей и восстановителей Z будет равно числу принятых или отданных электронов.

Например, а) MnO₄ ^-  Mn²⁺ ;

Mn⁺⁷ +5e  Mn²;

Z (KMnO₄) = 5; f = 1/5

б) I₂ + 2 e  2 I^- (I₂  2KI)

Z (I₂ ) = 2; f = ½

и наоборот :

в) 2I^- -2 e  I₂

Z (KI ) = 1; f = 1 , так как на 2 иона I^- приходится 2 электрона, а на один ион I^-1 придется 1 электрон.

19

Рассмотрим значения Z и f для многоосновных кислот и многокислотных оснований не в процессе окислительно-восстановительных реакций, а в процессе протекания реакций обмена:

1) 2NaOH + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2H₂O

2 моль 1 моль

В 1 моль NaOH содержится 1 моль ОН^- , а ему соответствует в воде 1 моль Н⁺, так как молекулу воды можно представить Н ОН, то есть на 1 грамм

водорода приходится 1 моль ОН. Рассмотрим данное уравнение. В нем участвует 2 моль щелочи, а, значит, в моль ОН. На 2 моль ОН здесь приходится 1 моль Н₂SO₄, в котором содержится 2 моль Н. Таким образом на 1 моль NaOH , а, значит, и на 1 моль ОН и на 1 моль Н приходится 0,5 моль Н₂SO₄. Таким образом, f (Н₂SO₄,) = ½ в данном уравнении. Заметим, что по рассуждениям соответствия NaOH и H OH f (NaOH) всегда будет равен 1 (как и KOH, HCl, LiOH, HNO₃, т.е. однокислотных оснований и одноосновных кислот). В аналитической химии говорят, что растворы KOH, HCl, LiOH, HNO₃, NaOH готовят с учетом реальных частиц (Z = 1 и f =1), т.е. 1 моль (или одной молекулы), а не какой – то части.

Рассмотрим другой случай:

2) NaOH + H₂SO₄ = NaНSO₄ + H₂O

1 моль 1 моль

Рассуждаем так: на 1 моль щелочи приходится в этой реакции 1 моль серной кислоты, т.е. , на 1 ОН группу приходится 1 молекула Н₂SO₄. Значит, Z и f = 1.

Расчет фактора эквивалентности в уравнениях реакций через коэффициент стехиометричности смотри в приложении .

II. Величины более мелких частиц («дробленых»), выраженные как количество вещества называются количеством вещества эквивалента

ν_{1/Z (Х)} = Z · ν (Х)

где: ν – обычное количество вещества Х

Z – число эквивалентов вещества Х

ν_{1/Z (Х)} – количество вещества эквивалентов для вещества (Х)

Дано 6 моль серной кислоты: 6 H₂SO₄ (это обычное количество вещества.) При Z =2 и f = ½ в каждом моль кислоты содержится уже 2 дробленых

частицы, т.е., количества вещества эквивалентных частиц = 2. В 6 моль эквивалентных будет 12, в 2 раза больше.

20

ν_{1/Z (}H₂SO_{4 )} = Z· ν (H₂SO₄) = 2 · 6 = 12.

Вывод: количество вещества эквивалента всегда больше обычного количества вещества в Z раз.

III. Молярная масса эквивалента. (M_1/z).

Из данных формул видно, что вместо обычной молярной массы в них входит величина M_1/z – молярная масса эквивалента (дробленой части одного моль) и, конечно, она будет меньше молярной массы в Z раз:

М M_1/z

M _1/z = или M_1/z = М · f  M = M_1/z · Z или M =

Z f

Например: Если Z (H₂SO₄ ) = 2 или f= ½; М= 98 г/моль

Тогда,

М 98 г/моль

M _1/z = = = 49 г/моль

Z 2

Или M_1/z = М · f = 98 г/моль · ½ = 49 г/моль

Этот расчет можно оформить в виде задачи:

Задача 13: Рассчитать молярную массу эквивалента H₂SO₄:

Д ано: Решение:

M_х = 98 г/моль M_x 98

M _1/Z = ------------- = ----------- = 49 г/моль

Z_x 2

Z = 2

V _1/Z = ? Ответ: молярная масса эквивалента (H₂SO₄) = 49г/моль

21

Задача 14: Рассчитать количество вещества эквивалента для 2-х моль KMnO₄

(в задачах про перманганат калия будем считать, что протекает ОВ процесс с переходом 5 электронов: MnO₄ ^-  Mn²⁺ ; Mn⁺⁷ +5e  Mn²;)

Дано: Решение:

ν ₍KMnO₄) = 2 моль ν _1/Z = Z ·ν = 5 ·2 моль = 10 моль (-экв)

Z= 5

ν _1/Z = ? Ответ: кол-во вещества эквивалента (KMnO₄ ) = 10 моль

M_x

в) Молярная масса эквивалента: M _1/Z^* = ------------- (г/моль, кг/ моль)

Z^*_x