II. Эквивалент. Эквивалент простого и сложного вещества. Закон эквивалентов.

Из закона постоянства состава следует: элементы соединяются друг с другом в строго определенных количественных соотношениях. Поэтому в химию были введены понятия эквивалента и молярной массы эквивалента.

Эквивалент (Э) вещества показывает, какое его количество в молях соединяется с 1 молем атомов водорода или замещает то же количество атомов водорода в химических реакциях. Например, в Н₂О эквивалент кислорода равен 1/2 моля, а у углерода в СН₄ - 1/4 моля. Эквивалент кислорода в О₂ тоже равен 1/4, так как молекула кислорода может присоединить 4 атома водорода:

О₂ + 2Н₂ = 2H₂O

Молярная масса эквивалента вещества (М_э) - это масса 1 моля эквивалента этого вещества (г/моль). Молярные массы эквивалентов простых и сложных веществ зависят от стехиометрии реакций, в которых участвуют эти вещества. Нахождение молярных масс эквивалентов:

1. Кислоты (общая формула кислот Н_nА) М_э = Молярная масса кислоты/Число ионов Н⁺, замещенных в реакции.

2. Гидроксиды (общая формула Me(ОН) _n) . М_э = Молярная масса гидроксида/Число ионов ОН^-, замешенных в реакции.

3. Соли ( общая формула Ме_mА_n). М_э = Молярная масса соли/(Число атомов Me · Валентность Me).

4. Окислители (окислитель + nē = восстановитель). М_э = Молярная масса окислителя/Число принятых в реакции электронов.

5. Восстановители (восстановитель - nē = окислитель). М_э = Молярная масса восстановителя/Число отданных в реакции электронов.

6. Элементы в химическом соединении.

М_э = Атомная масса элемента/(Валентность элемента в соединении · Число атомов элемента в соединении.)

Закон эквивалентов. Массы реагирующих веществ пропорциональны молярным массам эквивалентов этих веществ. m(1)/m(2) = М_э(l)/ М_э(2)

Если одно из реагирующих веществ находится в газообразном состоянии, то

m(l)/V(2) = М_э(1)/V_э(2). Для газообразного кислорода V_э = 1/4·22,4 = 5,6 л.

Пример 1. Рассчитайте молярную массу эквивалента металла и его атомную массу, если 1,215 г его вытесняют из серной кислоты 1,12 л водорода (н.у.). Валентность металла в соединении равна 2.

Решение. По условию задачи металл вытесняет из H₂SO 1,12 л Н₂, что составляет: 1,12/22,4 = 0,1 (моль). Масса 0,1 моля Н₂ составляет 0,2 г. Используя закон эквивалентов, рассчитаем молярную массу эквивалента металла: 1,215/ М_э(Ме) = 1,12/11,2 , отсюда М_э(Me) = 12,15 г/моль.

Молярная масса эквивалента связана с атомной массой соотношением:

М_э (Элемент) = Атомная масса (А) · Валентность, отсюда

А(Ме) = 12,15 · 2 = 24,30 (г/моль).

По периодической системе элементов находим, что этот металл - Mg .

Пример 2. Вычислите молярную массу эквивалента Cu(OH)₂ в реакциях:

а) Cu(OH)₂ + HCl = CuOHCl + H₂O , б) Cu(OH)₂ + H₂SO₄ = CuSO₄ + 2Н₂О, .

Решение. Для нахождения М_э (Cu(OH)₂) воспользуемся выражением

М_э = Молярная масса гидроксида/Число ионов ОН^- , замещенных в реакции.

В реакции а) только одна группа ОН^- замещена на ион Сl^-. в реакции б) две группы ОН^- замещены на ион SO₄^2- .

a) М_э(Cu(OH)₂) = 97,54/1= 97,54 г/моль; б) М_э(Cu(OH)₂) = 97,54/2 = 48,22 г/моль.

ЗАДАЧИ

1. Вычислите молярные массы эквивалентов и эквиваленты угольной кислоты в реакциях:

а) Н₂СО₃ + Mg(OH)₂ ⁼ MgCO₃ + 2Н₂О; б) 2Н₂СО₃ + Са(ОH)₂ = Са(НСО₃)₂ + 2H₂O;

в) Н₂СО₃ + 2КОН = К₂СО₃ + 2H₂O.

2. Определите молярную массу эквивалента металла, зная, что для полного растворения 2,041 г этого металла потребовалось 5 г Н₂SO₄, молярная масса эквивалента которой равна 49 г/моль.

3. На нейтрализацию 1,888 г ортофосфорной кислоты израсходовано 2,161 г КОН. Вычислите молярную массу эквивалента Н₃РО₄ и ее основность в этой реакции. В соответствии с расчетом составьте уравнение реакции.

4. Вычислите молярную массу эквивалента металла в следующих соединениях: Mn₂O₇, FeSО₄ , Ba(OH)₂, Al₂(SO₄)₃.

5. Вычислите эквивалент и молярную массу эквивалента гидроксида железа (III) в реакциях:

a) Fe(OH)₃ + ЗНСl = FeСl₃ + ЗH₂O; б) Fe(OH)₃ + НСl = Fe(OH)₂Cl + H₂O;

в) Fe(OH)₃ + Н₂SO₄ = Fe(OH)SO₄ + 2H₂O.

3. Определите молярную массу эквивалента хлора в следующих соединениях: НСl, НСlO, НСlO₂, НСlO₃, НСlO₄. Чему равен эквивалент хлора?

4. Определите эквивалент и молярную массу эквивалента марганца в следующих соединениях: МnО(OН)₂, МnО₂, К₂МnO₄ , КМnO₄, МnО₃, если массовая доля серы в соединении составляет 13,8 %, а молярная масса эквивалента серы равна 16,03 г/моль.

5. При сгорании 5,00 г металла образуется 9,44 г оксида металла. Определить эквивалентную массу металла.

6. Масса 1 л кислорода равна 1,4 г. Сколько литров кислорода расходуется при сгорании 21 г магния, эквивалент которого равен 1/2 моля?

7. Определить эквивалентные массы металла и серы, если 3,24 г металла образует 3,48 г оксида и 3,72 г сульфида.

8. Вычислить атомную массу двухвалентного металла и определить, какой это металл, если 8,34 г металла окисляются 0,680 л кислорода (условия нормальные).

9. 1,00 г некоторого металла соединяется с 8,89 г брома и с 1,78 г серы. Найти эквивалентные массы брома и металла, зная, что эквивалентная масса серы равна 16,0 г/моль.

10. Для растворения 16,8 г металла потребовалось 14,7 г серной кислоты. Определить эквивалентную массу металла и объем выделившегося водорода (условия нормальные).

11. При взаимодействии ортофосфорной кислоты со щелочью образовалась соль Nа₂НРО₄. Найти для этого случая значение эквивалентной массы ортофосфорной кислоты.

12. На нейтрализацию 2,45 г кислоты идет 2,00 г гидроксида натрия. Определить эквивалентную массу кислоты.

13. При взаимодействии 5,95 г некоторого вещества с 2,75 г хлороводорода получилось 4,40 г соли. Вычислить эквивалентные массы вещества и образовавшейся соли.

14. Фосфор образует два различных по составу хлорида. Эквивалент какого элемента сохраняется в этих соединениях постоянным: а) хлора; б) фосфора?

15. Одинаков ли эквивалент хрома в соединениях СrСl₃ и Сr₂(SO₄)₃?