I cеместр. Предмет: «химия» Составитель с.Б. Орлов

ЗАНЯТИЕ № 1. ТЕМА: «РАСТВОРЫ»

ПОНЯТИЕ ЭКВИВАЛЕНТА.

МОЛЯРНАЯ МАССА ЭКВИВАЛЕНТА.

ЗАКОН ЭКВИВАЛЕНТОВ

Одним из основных законов химии является закон постоянства состава вещества:

всякое чистое вещество, независимо от способа его получения, имеет постоянный качественный и количественный состав.

Закон применим только к соединениям с молекулярной структурой. Соединения с немолекулярной структурой часто имеют переменный состав, не отвечающий целочисленным стехиометрическим соотношениям, что во многом объясняется условиями получения таких веществ.

Как вытекает из закона постоянства состава, элементы взаимодействуют между собой в строго определённых соотношениях. Поэтому в данном случае можно говорить об эквивалентности (равноценности) при образовании химических соединений. Эквивалентность присуща и взаимодействию сложных веществ. Она отражается в следующей форме.

Закон эквивалентов:

Массы реагирующих друг с другом веществ (m₁, m₂ …) пропорциональны их эквивалентам (Э_экв1, Э_{экв2 …}) –

=

Другими словами, при любом химическом взаимодействии один эквивалент одного вещества всегда реагирует с одним эквивалентом другого.

В реакции aA + bB = cC +dD

a условных частиц вещества А взаимодействуют с b условных частиц вещества В.

В реакции

Na₂CO₃ + 2HCl = 2NaCl + H₂CO₃

1 моль 2 моль

1 моль соды эквивалентен 2 моль хлороводородной кислоты. Во избежание противоречий все реакции кислотно-основного взаимодействия целесообразно привести к единой общей основе, которой может быть 1 моль атомов водорода. Химическим эквивалентом вещества (Э) называется такое его количество, которое в химических реакциях соединяется с 1 моль атомов водорода или замещает 1 моль атомов водорода.

Поскольку 1 моль ионов водорода Н⁺, как и 1 моль атомов водорода, имеет массу, равную 1 г, то эквивалент любого элемента, иона или соединения в кислотно-основных реакциях также соизмеряется в стехиометрических расчётах с 1 г водорода. Число эквивалентов n_экв выражается в молях.

Если ввести понятие эквивалентной массы элемента, иона или соединения М_экв, то формула m=nM преобразуется в формулу

m =n_эквМ_экв [1]

где n_экв – число эквивалентов (моль) элемента, иона или соединения, участвующих в реакции.

Расчёт эквивалентных масс

Масса одного эквивалента вещества называется эквивалентной массой (М_экв); размерность эквивалентной массы такая же, как молекулярной массы: кг/моль или г/моль. Например, М_(экв)(Н) = 1 г/моль; М_экв(О) = 8 г/моль.

Приведём формулы для расчёта эквивалентов элемента, ионов, кислот, оснований и солей.

По определению эквивалент элемента соотносится с 1 массовой частью водорода. Валентность водорода в соединениях с любыми элементами равна единице, поэтому эквивалентная масса элемента

М_{экв(элемента) =}

где В_{(элемента)} – валентность элемента

Для ионов соответственно эквивалентная масса определяется делением молярной массы иона на его заряд:

М_{экв(иона)} =

Эквивалентная масса оксида выражается формулой:

М_экв(оксида) =

Пример: М_экв(Al₂O₃) = = 17 г/моль

Эквивалентная масса основания выражается формулой:

М_экв(основания) =

Пример: М_экв(Al(OH)₃) = =26 г/моль

Эквивалентная масса кислоты выражается формулой:

М_экв(кислоты) =

Пример: М_экв(H₂SO₄) = = 49 г/моль

Эквивалентная соли выражается формулой:

М_экв(соли) =

Пример: М_экв(Al₂(SO₄)₃) = = 57 г/моль

Эквивалент вещества (и, следовательно, его эквивалентная масса) может меняться в зависимости от реакции, в которой это вещество участвует, поэтому необходимо указывать, к какой конкретно реакции относится эквивалент. Например:

H₃PO₄ + NaOH → NaH₂PO₄ + H₂O

H₃PO₄ + 2NaOH → Na₂HPO₄ + 2H₂O или

½ H₃PO₄ + NaOH → ½ Na₂HPO₄ + 2H₂O

H₃PO₄ + NaOH → Na₃PO₄ + 3H₂O или

⅓ H₃PO₄ + NaOH → ⅓ Na₃PO₄ + H₂O

Из соотношений между количествами реагирующих веществ следует, что в первой реакции Э(H₃PO₄) = 1 моль, а во второй - ½ моль и в третьей - ⅓ моль.