Отсюда: Х = 200 71/ 22,4 = 633,2 г.

1.2.3. Эквивалент. Эквивалентные массы

Количественный подход к изучению химических явлений и установление закона постоянства состава показали, что вещества вступают во взаимодействие в определенных соотношениях масс, что привело к введению такого важного понятия, как «эквивалент», и установлению

закона эквивалентов.

Эквивалент – это частица или часть частицы, которая соединяется (взаимодействует) с одним атомом водорода или с одним электроном.

Из этого определения видно, что понятие «эквивалент» относится к конкретной химической реакции; если его относят к атому в химическом соединении, то имеют в виду реакцию образования этого соединения из соответствующего простого вещества и называют эквивалентом элемента в соединении.

В одной формульной единице вещества (В) может содержаться ZВ эквивалентов этого вещества. Число ZВ называют показателем эквива-

лентности.

Фактор эквивалентности (f) – доля частицы, составляющая эквивалент;

f ≤1 и может быть равным 1, 1/2, 1/3 и т. д.

Масса 1 моль эквивалентов, выраженная в граммах, называется

молярной эквивалентной массой (Мэк) (г/моль); численно она равна относительной молекулярной массе эквивалента (кратко ее называют эквивалентной массой).

Закон эквивалентов: массы взаимодействующих без остатка веществ соотносятся как их эквивалентные массы. Математическое выражение закона эквивалентов:

где Мэк,1 и Мэк,2 – эквивалентные массы.

Пример 5. Определить эквивалент и эквивалентную массу кислорода в Н2О.

12

Решение. Такая формулировка вопроса предполагает реакцию образования молекулы воды из кислорода и водорода:

H2 + 12O2 = H 2 O,

то есть с 1 атомом водорода соединяется 1/2 атомов кислорода. Следовательно, Z(О) = 2. Масса 1 моль атомов кислорода равна 16 г, отсюда

Эквиваленты одних и тех же элементов в различных химических соединениях могут различаться, так как величина эквивалента зависит от характера превращения, претерпеваемого им. Так, в соединении SO2 эквивалентная масса серы равна 8 г/моль, что составляет 1/4 от атомной массы, а в соединении SO3 – 5,3 г/моль, что составляет 1/6 от атомной

массы серы (ZS = 4 и 6), соответственно. Практический расчет эквивалентной массы элемента в соединении ведут по формуле

где А – атомная масса, ω – степень окисления элемента в данном соединении.

(Ниже будет показано, что для реакции образования соединения из простых веществ ZВ = ω ).

Например, ZВ(Mn) в соединении KMnO4 (ω = +7) составляет 7, а Mэк (Mn) = 557 = 7,85 г/моль; в соединении Mn2O3 (ω = +3) – ZВ = 3

и Mэк (Mn) = 553 = 18,3 г/моль.

Эквивалентная масса вещества в химических реакциях имеет различные значения в зависимости от того, в каком взаимодействии это вещество участвует. Если во взаимодействии сложного вещества участвует его известное количество или известно количество реагирующих групп, то для расчета эквивалентных масс можно пользоваться следующими правилами и формулами.

1. Вещества друг с другом реагируют одинаковыми количества-

ми эквивалентов. Например, в реакции

2Al + 3/2 O2 = Al2O3

6 моль эквивалентов Al реагируют с таким же количеством кислорода

(ZВ (Al) = 3, ZВ (O) = 2).

13

2. Эквивалентная масса кислоты в реакциях замещения ионов водорода равна:

Пример 6. Определить эквивалент и эквивалентную массу H2SO4 в реакциях:

H2SO4 + KOH = KHSO4 + H2O; H2SO4 + 2KOH = K2SO4 + 2H2O.

Решение. В реакции 1 заместился один ион водорода, следовательно, эквивалент серной кислоты равен одному молю, а

ZВ (H2SO4) = 1, Мэк(H2SO4) = М · 1 = 98 г/моль.

В реакции 2 заместились оба иона водорода, следовательно, эквивалент серной кислоты равен двум молям,

ZВ (H2SO4) = 2, а Mэк (H2SO4) = 98 · 2 = 49 г/моль.

3. Эквивалентная масса основания в реакции замещения ионов гидроксила равна:

Пример 7. Определить эквивалент и эквивалентные массы гидроксида висмута в реакциях:

1)Bi(OH)3 + HCl = Bi(OH)2Cl + H2O;

2)Bi(OH)3 + 3HCl = BiCl3 + H2O.

Решение.

1)ZВ (Bi(OH)3) = 1, Mэк(Bi(OH)3) = 260 г/моль (т. к. из трех ионов гидроксила заместился один);

2)ZВ (Bi(OH)3) = 3, a Mэк (Bi(OH)3) = 260 /3 = 86,3 г/моль (т. к. из трех ионов ОН− заместились все три).

4. Эквивалентная масса соли в реакциях полного замещения катиона или аниона равна:

Так, ZВ Al2(SO4)3 = 3 · 2 = 6. Однако в реакции эта величина может быть больше (неполное замещение) или меньше (комплексообразование). Если, например, это соединение участвует во взаимодействии по реакции

Al2(SO4)3 + 12KOH = 2K3[Al(OH)6] + 3K2SO4,

14

то при этом три аниона с суммарным зарядом 6 замещаются 12 ОН− ионами, следовательно, 12 эквивалентов этого вещества должно вступать

вреакцию. Таким образом, ZВ (Al2(SO4)3) = 12.

5.Эквивалентная масса оксида в реакциях полного замещения

равна:

Например, ZВ (Fe2O3) = 3 · 2 = 6.

Мэк = М(Fe2O3) · ZВ = 160 · 1/6 = 26,6 г/моль.

Однако в реакции

Fe2O3 + 4HCl = 2FeOHCl2 + H2O

ZВ (Fe2O3) = 4, Мэк = М(Fe2O3) · ZВ = 160 ¼ = 40 г/моль т. к. Fe2O3 взаимодействует с четырьмя эквивалентами HCl.

При решении задач, связанных с газообразными веществами, целесообразно пользоваться значением эквивалентного объема. Это объем, занимаемый одним молем эквивалентов газообразного вещества. Для водорода при н.у. этот объем равен 11,2 л (молярный объем Н2 составляет 22,4 л, а т ак как Мэк(Н) = 1 г, то эквивалентный объем будет в 2 раза меньше молярного, т. е. 11,2 л).

Пример 8. На восстановление 1,80 г оксида металла израсходовано

883 мл водорода (н.у.). Вычислить эквивалентные массы оксида и металла. Решение. Согласно закону эквивалентов (1.6) массы (объемы) реаги-

рующих веществ пропорциональны их эквивалентным массам (объемам):

Пример 9. Вычислить эквивалентную массу цинка, если 1,168 г Zn вытеснили из кислоты 438 млН2 (t = 170 С и Р = 750 мм рт. ст.).

Решение. Согласно закону эквивалентов (1.6):

mZn = Mэк ((Zn)).

mH2 Mэк Н

Из уравнения Менделеева−Клапейрона (1.4):

15