Лабораторная работа 3
ЭКВИВАЛЕНТ И МОЛЯРНАЯ МАССА ЭКВИВАЛЕНТОВ
Цель работы: освоить методику экспериментального определения молярной массы эквивалентов металлов и сложных веществ.
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
Эквивалент (Э) – это реальная или условная частица вещества, которая может замещать, присоединять, высвобождать или быть каким-либо другим образом эквивалента одному иону водорода в кислотно-основных или ионообменных реакциях или одному электрону в окислительно-восстановительных реакциях. Так же, как молекула, атом или ион, эквивалент безразмерен. И так же, как в случае молекул, атомов или ионов, состав эквивалента выражают с помощью знаков и формул.
Для того, чтобы определить состав эквивалентов вещества и правильно записать химическую формулу, надо исходить из конкретной реакции, в которой участвует данное вещество.
Рассмотрим несколько примеров определения формулы эквивалента:
а) Zn + 2HCl = ZnC12 + Н2
В данной окислительно-восстановительной реакции участвует два электрона. На один электрон приходится
1/2Zn + НСl = 1/2ZnCl2 + 1/2Н2
т.е. одному электрону соответствует 1/2 атома Zn, одна молекула HСl, 1/2 молекулы ZnCl2 и 1/2 молекулы Н2.
Отсюда Э(Zn) = 1/2Zn; Э(НСl) = HCl; Э(ZnСl2) = 1/2ZnCl2;
Э(Н2) = 1/2Н2.
б) 2NaOH + H2S04 = 2H2O + Na2S04
В данной ионообменной реакции участвует два иона водорода. На один ион водорода приходится
NaOH + 1/2H2SО4 = H2O + 1/2Na2SО4
Поэтому Э(NаОН) = NaOH; Э(Н2S04) = 1/2H2S04, Э(Н2О) = H2О;
Э(Nа2S04) = 1/2Na2S04.
в) NaOH + H2S04 = H2O + NaHS04
В данной ионообменной реакции участвует один ион водорода, поэтому Э(NаОН) = NaOH; Э(Н2S04) = H2S04, Э(Н2О) = H2О;
Э(Nа HS04) = Na HS04
г) Ca(OH)2 + HCl = CaOHCl + H2O
В реакции ( г) участвует один ион водорода, поэтому Э(Са(OH)2) = Са(OH)2; Э(НСl) = НСl; Э(CaOHCl) = CaOHCl; Э(Н2О) = H2О.
д) Ca(OH)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O
В реакции (д) участвует два иона водорода. На один ион водорода приходится
1/2 Ca(OH)2 + HCl = 1/2CaCl2 + H2.
Отсюда Э(Са(OH)2) = 1/2 Ca(OH)2 ; Э(НСl) = НСl; Э(CaCl2) = 1/2CaCl2; Э(Н2О) = H2О.
Единицей количества вещества является моль. Моль - количество вещества, содержащего 6,02 1023 структурных элементов: атомов, молекул, ионов, эквивалентов.
Таким образом, молъ эквививалентов - количество вещества, содержащего 6,02*1023 эквивалентов. Массу одного моля эквивалентов называют молярнои мaccoй эквивалентов вещества (МЭКВ), г/моль.
Например, молярные массы эквивалентов веществ для реакции (а) равны
МЭКВ (Zn) = l/2M(Zn) = l/2 65 = 32,5 г/моль; МЭКВ (НСI) = M(HCI) = 36,5 г/моль;
в реакциях (б) и (в) соответственно
МЭКВ (Н2S04) = l/2 М(Н2S04) = l/2 98 = 49 г/моль;
МЭКВ (Н2S04) = М(Н2S04) = 98 г/моль;
в реакциях (г) и (д) соответственно
МЭКВ (Са(OH)2) = М(Са(OH)2) = 74 г/моль;
МЭКВ (Са(OH)2) = l/2 М(Са(OH)2) = l/2 74 = 37 г/моль;
Другими словами , молярная масса эквивалента кислоты (основания) равна отношению молярной массы кислоты (основания) деленной на число атомов водорода замещенных в реакции на металл (соответственно на число гидроксо групп основания, вступивших в реакцию)
Для расчета молярной массы эквивалентов вещества можно использовать формулы:
а) для простого вещества
,
где МА - молярная масса атома данного вещества; В – валентность атома элемента;
б) для сложного вещества
,
где М - молярная масса данного вещества; В - валентность функциональной группы; п - число функциональных групп в молекуле.
Для кислот функциональной группой является ион водорода, для оснований - ион гидроксила, для солей - ион металла.
Например,
г/моль;
г/моль;
г/моль;
г/моль.
Остановимся на понятии объема моля эквивалентов газа. Как известно, моль любого газа при нормальных условиях (Т = 273 К,
p = 101,3 кПа или 760 мм рт. ст.) занимает объем, равный 22,4 л. Исходя из этой величины можно рассчитать объем одного моля эквивалентов газа при нормальных условиях.
Например,
для водорода: Э(Н2)
= 1/2Н2;
моль эквивалентов водорода в два раза
меньше его моля (молекул) и поэтому объем
одного моля эквивалентов водорода также
в два раза меньше его молярного объема:
= 22,4 л : 2 = 11,2 л.
Для
кислорода: Э(
02)
= 1/4
О2,
отсюда объем одного моля эквивалентов
кислорода в четыре раза меньше его
молярного объема:
= 22,4 л : 4 = 5,6 л.
Все вещества реагируют друг с другом в эквивалентных количествах. Массы (объемы) участвующих в реакции веществ пропорциональны молярным массам (объемам) их эквивалентов (закон эквивалентов). Для реакции А + В = Д закон эквивалентов будет иметь вид:
или
и
Поделив массу каждого вещества на молярную массу его эквивалента, получаем
,
т.е. количества молей эквивалентов, участвующих в реакции веществ, равны между собой.
Например, количество молей эквивалентов всех веществ для реакции
2Al(OH) + 3 Н2S04 = Al2(S04)3 + 6H2O равно
Пример 1. Какую навеску алюминия растворили в кислоте, если объем выделившегося водорода при Т =291K, РН2 = 734 мм рт. ст. равен 113 мл?
Решение. а) Находим объем, который занимают, 113 мл водорода при нормальных условиях
мл.
б) Зная, что молярная масса эквивалентов алюминия МЭ(Аl) =9 г/моль и объем одного моля эквивалентов водорода при н.у. равен 11,2 л, по закону эквивалентов рассчитываем навеску алюминия: