Задачи и упражнения
6. Эквивалент. Закон эквивалентов
Пример 1. При взаимодействии 3,49 г металла с избытком разбавленной серной кислоты выделилось 1,68 л (н.у.) газа. Определить молярную массу эквивалента металла и его оксида.
Решение. В соответствии с законом эквивалентов (соотношение 6.3) для процесса
nэкв Me = nэкв H2
Поскольку fэкв Н2 = 0,5, то 1 моль эквивалентов водорода при н.у. занимает объем 0,522,4 = 11,2 л. Находим число молей эквивалентов участников реакции:
моль
экв.
Наконец, определяем молярную массу эквивалента металла:
, 
г/(моль
экв).
Молярная масса эквивалента оксида составит соответственно
23,3 + 8 = 31,3 г/(моль экв).
Пример 2. Сколько литров (н.у.) сероводорода может быть окислено 0,316 г перманганата калия в кислой среде? Сколько граммов серы при этом будет получено?
Решение. Схема протекающего процесса:
KMn+7O4 + H2S–2 + H+ = Mn+2 + S0 + ... .
По закону эквивалентов:
nэкв KMnO4 = nэкв H2S = nэкв S.
Эту величину находим по перманганату калия:
= 0,01моль экв.
Далее определяем массу серы:
mS
= 0,16
г.
Объем 1 моль эквивалентов сероводорода (н.у.) составит
22,4 fэкв H2S = 22,4 0,5 = 11,2 л.
Отсюда вычисляем объем газа:
VH2S = n экв H2S Vэкв = 0,01 11,2 = 0,112 л.
Пример 3. На нейтрализацию 0,164 г кислоты израсходовано 40 мл 0,1 М раствора NaOH. Найти молярную массу эквивалента кислоты.
Решение. По закону эквивалентов:
nэкв NaOH = nэкв к-ты
Фактор эквивалентности NaOH в любых обменных реакциях составляет единицу, следовательно, для NaOH молярность и нормальность раствора совпадают. Тогда число молей эквивалентов едкого натра составит 0,040,1=0,004 моль экв. Это значение позволяет определить молярную массу эквивалента кислоты:
г.
Пример 4. Какой объем 0,1 М раствора К2Cr2O7 потребуется для окисления в кислой среде 200 мл 0,1 М раствора нитрита калия?
Решение. Схема протекающего процесса:
K2Cr+62O7 + KN+3O2 + H+ Cr+3 + KN+5O3 + …
Воспользуемся законом эквивалентов в варианте соотношения (6.4):
.
Нормальности растворов составят:
.
Находим неизвестный объем:
мл.
Пример 5. Каким объемом 0,05 М раствора KMnO4 можно заменить 1 л 10 мас.% раствора K2Cr2O7 плотностью 1,08 г/мл в реакциях окисления-восстановления, протекающих в кислой среде?
Решение. По закону эквивалентов:
nэкв KMnO4 = nэкв K2Cr2O7
.
Задача фактически сводится к нахождению молярной, а затем – нормальной концентрации раствора K2Cr2O7. Первоначально находим молярную концентрацию:
; 
г/моль.
Далее, учитывая процессы, происходящие при окислении перманганатом и бихроматом калия в кислой среде
Mn+7O4– + 8H+ + 5 ē = Mn2+ + 4 H2O,
Cr+62O7 + 14H+ + 6 ē = 2Cr3+ + 7 H2O,
производим необходимые вычисления и определяем требуемый объем:
;
;
,
л.
Приложение
Таблица 1
Стандартные термодинамические характеристики образования индивидуальных веществ, водных растворов и ионов при 298,15 К
|
Вещество и состояние |
Нобр, кДж/моль |
Gобр, кДж/моль |
S°, Дж/(мольК) |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Ag+ (p-p, ст. с) |
105,6 |
77,13 |
72,6 |
|
[Ag(NH3)2]+(p-р, ст.с., гип.недис) |
-117,2 |
-17,6 |
246 |
|
AgBr (к) |
-100,7 |
-97,2 |
107,1 |
|
Ag2S (к) |
-32,8 |
-40,8 |
144,0 |
|
Аl (к) |
0 |
0 |
28,3 |
|
Аl2O3 (к) |
-1675,7 |
-1582,3 |
50,9 |
|
А12O3 (аморф) |
-1602 |
|
|
|
Ва2+ (p-p, ст.с) |
-524,0 |
-546,8 |
8,4 |
|
BaSO4 (к) |
-1458,9 |
-1347,9 |
132,2 |
|
Вr2 (г) |
30,9 |
3,1 |
245,4 |
|
Вr2 (ж) |
0 |
0 |
152,2 |
|
Вr– (p-p, ст.с) |
-121,4 |
-104,1 |
83,3 |
|
С (г) |
715,1 |
669,7 |
158,0 |
|
C (к, графит) |
0 |
0 |
5,74 |
|
СН4 (г) |
-74,8 |
-50,8 |
186,3 |
|
CN– (p-p, ст.с) |
150,6 |
171,6 |
96,4 |
|
СO (г) |
-110,5 |
-137,1 |
197,5 |
|
СO2 (г) |
-393,5 |
-394,4 |
213,7 |
|
СО32- (р-р, ст.с) |
-676,6 |
-527,6 |
-56 |
|
С2Н6 (г) |
-84,7 |
-33,0 |
229,5 |
Продолжение табл. 1
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
С6Н6 (ж) |
49,0 |
124,5 |
172,8 |
|
HCN (р-р, ст.с., гип.недис) |
107,3 |
119,0 |
127,3 |
|
СООН– (р-р, ст.с) |
-426,2 |
-351,5 |
91 |
|
НСООН (р-р, ст.с., гип.недис) |
-426,0 |
-373,0 |
163 |
|
НСО3– (р-р, ст.с., гип.недис) |
-691,3 |
-586,6 |
93 |
|
Н2СО3 (р-р, ст.с., гип.недис) |
-699,0 |
-623,3 |
190 |
|
Са2+ (р-р, ст.с) |
-543,1 |
-552,8 |
56,5 |
|
СаСО3 (к) |
-1206,8 |
- 1128,4 |
91,7 |
|
CaF2 (к) |
-1220,9 |
-1168,5 |
68,5 |
|
СаО (к) |
-635,1 |
-603,5 |
38,1 |
|
Cd (к) |
0 |
0 |
51,8 |
|
Cd2+ (р-р, ст.с) |
-75,3 |
-77,7 |
-71 |
|
CdS (к) |
-157 |
-153 |
71 |
|
Cl2 (г) |
0 |
0 |
223,0 |
|
Сl– (р-р, ст.с) |
-167,1 |
131,3 |
-56,5 |
|
Сl (г) |
121,3 |
105,3 |
165,1 |
|
НСl (г) |
-92,3 |
-95,3 |
186,8 |
|
Сr (к) |
0 |
0 |
23,6 |
|
Сr2O3 (к) |
-1140,6 |
-1059,0 |
81,2 |
|
F– (р-р, ст.с) |
-331,5 |
-277,7 |
-13,8 |
|
Fe2+ (р-р, ст.с) |
-87,1 |
-78,9 |
-131 |
|
Fе3+ (р-р, ст.с) |
-46,4 |
-4,5 |
-309 |
|
Fе(ОН)3 (к) |
-827 |
-700 |
105 |
|
H2 (г) |
0 |
0 |
130,5 |
|
Н (г) |
218,0 |
203,3 |
114,6 |
|
Н+ (р-р, ст.с) |
0 |
0 |
0 |
Продолжение табл. 1
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
I2 (к) |
0 |
0 |
116 |
|
I– (р-р, ст.с) |
-55,2 |
-51,7 |
111 |
|
I2 (р-р, ст.с) |
22 |
16 |
135 |
|
К (к) |
0 |
0 |
64,7 |
|
К+ (р-р, ст.с) |
-252,3 |
-282,5 |
101 |
|
КС1 (к) |
-436,6 |
-408,6 |
82,6 |
|
КСlO3 (к) |
-389,1 |
-287,5 |
143,0 |
|
К2Сr2O7 (к) |
-206,2 |
-1882 |
291 |
|
Mg (к) |
0 |
0 |
32,7 |
|
Mg2+ (р-р, ст.с) |
-468,1 |
-457,3 |
-134 |
|
MgO (к) |
-601,5 |
-569,3 |
27,1 |
|
Mg(OH)2 (к) |
-924,7 |
-833,7 |
63,2 |
|
N (г) |
472,7 |
455,6 |
153,2 |
|
N2 (г) |
0 |
0 |
191,5 |
|
NН3 (г) |
-46,2 |
-132,3 |
-16,7 |
|
NH4 (р-р, ст.с) |
-79,5 |
192,6 |
-114 |
|
NH4C1 (к) |
-314,2 |
-203,2 |
95,8 |
|
NН4ОН (р-р, ст.с., гип.недис) |
-366,2 |
-264,0 |
181,7 |
|
NO2 (г) |
33,5 |
51,6 |
240,2 |
|
N2O4 (г) |
9,6 |
98,4 |
303,8 |
|
Na (к) |
0 |
0 |
51,3 |
|
Na+ (p-p, ст.с) |
-240,4 |
262,1 |
58,9 |
|
NaH (к) |
-56,4 |
-33,6 |
40,0 |
|
NаНСО3 (к) |
-949,1 |
-851,1 |
101,3 |
|
NaOH (к) |
-495,9 |
-379,8 |
64,4 |
Окончание табл. 1
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Nа2СО3 (к) |
-1129,4 |
-1045,7 |
135,0 |
|
O2 (г) |
0 |
0 |
205,0 |
|
ОН– (p-p, ст.с) |
-230,0 |
-157,3 |
-10,9 |
|
Н2O (г) |
-241,8 |
-228,6 |
188,7 |
|
Н2O (ж) |
-285,8 |
-237,3 |
70,1 |
|
Р (к, белый) |
0 |
0 |
41,1 |
|
Р (к, красный) |
-17,4 |
-11,9 |
22,8 |
|
РO43– (p-p, ст.с) |
-1272 |
-1012,6 |
221 |
|
НРO42– (p-p, ст.с., гип.недис) |
-1286,2 |
-1083,2 |
-34 |
|
Н2РO4– (p-p, ст.с., гип.недис) |
-1289,9 |
-1124,3 |
91,6 |
|
Н3РO4 (p-p, ст.с., гип.недис) |
-1281,8 |
-1136,5 |
160 |
|
Рb2+ (p-p, ст.с) |
-0,9 |
-24,4 |
13 |
|
PbI2 (к) |
-178 |
-176 |
175 |
|
S2– (р-р, ст.с) |
32,6 |
85,4 |
-15 |
|
HS– (p-p, ст.с., гип.недис) |
-18 |
12 |
63 |
|
H2S (p-p, ст.с., гип.недис) |
-40 |
-28 |
121 |
|
SO42– (p-p, ст.с) |
-911,0 |
-745,7 |
18 |
|
SiH4 (г) |
34,7 |
57,2 |
204,6 |
|
Н2Те (г) |
99,7 |
85,2 |
228,8 |
|
W (к) |
0 |
0 |
32,7 |
|
WO3 (к) |
-842,7 |
-763,8 |
76 |
|
Zn2+ (p-p, ст.с) |
-153,6 |
-147,2 |
-111 |
|
Zn(NH3)42+ (p-p, ст.с., гип.недис) |
-537,0 |
-304,6 |
298 |
|
Zn(CN)42– (p-p, ст.с., гип.недис) |
332,1 |
427,2 |
259 |
|
Zn(OH)42– (p-p, ст.с., гип.недис) |
|
-860,8 |
|
Таблица 2
Стандартные величины электродных потенциалов при 298,15 К в водных растворах
|
Система |
Е0, В |
|
1 |
2 |
|
Li+ + ē = Li |
-3,045 |
|
K+ + ē = К |
-2,925 |
|
Ca2+ + 2ē = Сa |
-2,87 |
|
Al3+ + 3ē = Аl |
-1,66 |
|
Zn2+ + 2ē = Zn |
-0,763 |
|
Tl+ + ē = Tl |
-0,336 |
|
Ni2+ + 2ē = Ni |
-0,250 |
|
CrO42– + 4H2O + 3ē = Cr(OH)3 + 5OH– |
-0,13 |
|
H+
+ ē =
|
0,00 |
|
Cu2+ + 2ē = Cu |
0,334 |
|
I2 + 2ē = 2I– |
0,536 |
|
MnO4– + ē = MnO42– |
0,564 |
|
MnO4– + 2H2O +3ē = MnO2 + 4OH– |
0,60 |
|
Ag+ + ē = Ag |
0,80 |
|
Br2 (ж) + 2ē = 2Br– |
1,065 |
|
O2 + 4H+ + 4ē = 2H2O |
1,229 |
|
MnO2 + 4H+ + 2ē = Mn2+ + 2H2O |
1,23 |
|
Tl3+ + 2ē = Tl+ |
1,25 |
|
Cr2O72– + 14H+ + 6ē = 2Cr3+ + 7H2O |
1,33 |
|
PbO2 + 4H+ + 2ē = Pb2+ + 2H2O |
1,455 |
|
MnO4– + 8H+ + 5ē = Mn2+ + 4H2O |
1,51 |
|
BrO3
+ 6H+
+ 5ē =
|
1,52 |
|
H2O2 + 2H+ + 2ē = 2H2O |
1,77 |
|
Co3+ + ē = Co2+ |
1,82 |
|
S2O82– +2ē = 2SO42– |
2,01 |
|
O3 + 2H+ + 2ē = O2 + H2O |
2,07 |
|
F2 + 2ē = 2F– |
2,65 |
|
F2 + 2H+ + 2ē = 2HF |
3,06 |
+3H2O